采区高分辨率地震勘探的应用

　　目前陈四楼和车集两个矿井的采掘工程已对地震勘探成果进行了验证，其中陈四楼矿井采掘工程涉及到的补勘面积较大，构造较多。
3.1　对断层的验证
　　对于二维地震勘探新查出的落差10m以上的断层，陈四楼和车集的验证情况良好，目前采掘工程已验证6条，断层落差基本吻合，平面摆动最小为3m，最大为30m，产状也基本相符，见表2。

表2　断层验证情况表

表3　陈四楼矿井二₂煤层底板深度验证情况表

4　采区地震勘探取得的效益

4.1　修改、优化设计，降低万吨掘进率
　　通过地震补勘，在原设计采区甚至工作面内发现了许多落差大于10m的断层，有的落差达50～80m。例如陈四楼矿地震补勘在首采区发现了F39和F29－F30两个断裂带，主断层F39、F29的落差分别为87m和31m，正处在原设计的矿井北翼首采面2202工作面和南翼首采区2106工作面(图2)。可想而知，若按原设计掘进，将使两个工作面报废，不仅造成巨额经济损失，还将给矿井投产带来严重的被动局面。后经及时修改设计，取消了两个工作面，避免了损失。

图2　原2202及2106工作面设计平面图

　　根据地震成果资料，各井田初步设计都作了大幅度修改，重新划分了采区边界，修改了下山位置、工作面布置等。如城郊矿设计能力由300×10⁴t/a降为240×10⁴t/a，城郊矿、新桥矿的主、副井位置也作了大的变动。
　　经过分析，因修改设计和优化设计，三维地震勘探区将降低万吨掘进率30m，二维地震勘探区降低万吨掘进率20m。全矿区现有三维地震勘探面积4km²，可采储量1000×10⁴t，将少掘巷道3×10⁴m；二维地震勘探面积70km²，可采储量19000×10⁴t，将少掘巷道38×10⁴m。两项共少掘巷道41×10⁴m，按每米造价2000元计，共节省资金8.2亿元。
4.2　提高资源回收率
　　采掘工程揭露的地震补勘所查出断层的验证率几乎是100%。特别是落差20m以上的大中型断层的验证情况更好。据此调整优化设计，降低了煤炭损失，提高了资源回收率。
　　a.　地震勘探成果出来后，各矿井均调整了工作面布置，避开了落差大于5～10m的断层，基本做到了综采工作面布置无失误，使矿井的综采比例平均提高到70%左右。从设计修改的情况看，补勘前综采比例只能达到40%，补勘后使综采比例提高了30%。在永夏，综采面的回采率一般高于普采面约3%(主要是减少了区段煤柱损失)。全矿区地震补勘过的主采煤层(二₂煤)储量为25327×10⁴t，可采储量12644×10⁴t，地震补勘后增加综采煤量12644×30%＝3793×10⁴t，将比普采多采煤3793×3%＝113×10⁴t，按现在吨煤利润30元计，仅多出煤一项将产生直接经济效益3390×10⁴元。
　　b.　由于工作面避开了落差5～10m的断层，减少了工作面因断层影响不能回采而造成的地质损失。
4.3　避免突水淹井事故
　　陈四楼矿首采区二维地震补勘新发现的F39断层，落差达87m，根据设计，矿井北翼-440水平大巷将穿过该断层与下盘太原群强岩溶承压含水层L8灰岩对接。为防止突水淹井事故发生，采前制定了严密的施工安全措施。
　　1994年11月15日，矿井北大巷在近F39断层处突水，水量达860m³/h，使矿井总涌水量超过1000m³/h(设计正常排水能力为894m³/h)。虽然采前防范突水淹井的措施很严密，但由于水势太猛，造成水仓满溢，水倒流入大巷，后经3台大泵同时排水，才把水仓水位降下去。由此可见，若不进行地震补勘，大巷将误揭断层，在没有防备的情况下必然造成突水淹井，直接经济损失将超过1亿元。
4.4　比钻探优越
　　采用加密钻孔的方法了解更细微的地质构造不仅周期长、成本高，经济上很不合算，有时根本是不可能的。而采用高分辨地震勘探不仅周期短，节省大量资金，同时可以达到钻探无论如何也无法期及的地质效果。
　　矿区各井田精查时是按二类二型布孔的，而从实际揭露的情况看应该是三类二型。根据有关规程、规范，要达到A级储量的勘探程度(查明落差大于30m的断层)，每km²需增加6个钻孔，钻孔的平均深度500m。这样全矿区74km²的补勘面积需增加钻孔444个，钻探总进尺达222000m，按现在400元/m的单价计算，共需钻探费用8880万元。而全矿区74km²的地震勘探费用仅为1763万元，是钻探费用的20%。同时地震补勘查出了落差大于5～10m的断层，以及幅度大于5～10m的褶曲，这是钻探无法达到的。

5　结论与建议

　　采区地震勘探成果在永夏矿区得到了很好的验证，在勘探手段和成果质量方面优于传统的勘探方法。二维地震为采区设计指明了方向，并使综采面布置基本无失误；三维地震使综采面布置准确无误。在永夏采区地震勘探不仅提供了更精细的地质成果资料，也查出了精查勘探未发现的重大地质隐患，避免了突水淹井事故的发生。总之，采区地震成果的应用在矿井生产和建设中取得了巨大的经济效益，值得大面积推广。为此提出如下建议：
　　a.　地质条件较复杂的在建和生产矿井在条件允许的情况下，均应进行采区地震勘探，并根据地震地质成果修改、优化采区设计。
　　b.　地质条件较好，有希望进行综采的块段均须进行三维地震勘探，以使综采面布置准确无误，避免搬家造成损失。
　　c.　在井田精查阶段，应开展综合勘探，充分发挥高分辨地震勘探的作用，缩短勘探周期，节约勘探费用，提高勘探成果质量。

作者简介：张胜利　男　32岁　工程师　矿井地质

作者单位：张胜利　刘蕴祥　程东全　永城煤电〈集团〉有限责任公司　永城　476600

参考文献

　1　张爱敏.采区高分辨率地震勘探.徐州：中国矿业大学出版社，1997