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2002 年第 11 期 煤 炭 工 程 问题探讨

地震勘探在煤矿防治水工程中的应用

孙升林 宁书年 李育芳 吴志勤

(中国矿业大学北京校区 北京 100083)

摘 要:煤矿井水灾害事故严重威胁着矿井的安全生产, 矿井水防治的首要条件就是查清 与导水有关的裂隙发育带部位及发育深度等水文地质问题。本文基于地震介质各向异性理论 基础,讨论了 P 波、分裂波联合地震勘探在煤矿防治水工作中用于探测导水裂隙带的可行性问 题 ,并结合成功的实例来说明这种方法对在目前解决煤矿防治水工作中有一定的应用价值。

0 引 言

关键词:地震勘探 ;矿井堵水 ;各向异性理论

中图分类号:P315 .2 文献标识码:A 文章编号:1671 -0959(2002)11 -0045 -03

造、已开巷道、岩层破碎带等)则显示不足, 这主要是地震波 传播的实际介质, 由于各种地质因素的作用, 其特征分布是 很复杂的。 当我们使用精细的观测手段, 研究较为复杂的地 质问题时, 往往要考虑介质特性的不均匀性、介质的非完全 弹性性质, 甚至于介质的各向异性。

矿井水灾害事故是危及煤矿安全生产的五大灾害之一, 我国煤炭工业史上发生过的水灾害事故十分严重, 到目前为 止仍有上百亿吨的煤炭受水的威胁不能开采, 仅在我国北方 地区, 受突水灾害威胁的大型矿井达 200 多个, 煤炭储量达 67 亿 t , 已发生大的突水事故数百起, 直接经济损失约数十亿 元人民币, 这一重大问题已引起人们的广泛关注。

一般说来, 在各向异性介质中, 质点位移方向与波的传 播

方向是不同的, 位移 f 与α均应为向量。 向量 α称为极化 向量。 在三维空间, 位移坐标可用一个空间的向径 x 表示, 称位移向量, 设 g 为波的传播方向上的单位向量, 则波的传 播距离■x 为位置向量 x 与 g 的点积, 若 c 为波的传播速度,

二十世纪中叶, 国内专家就已认识到突水现象与含水层

的富水性、水头压力、相对隔水层厚度及断层的存在等因素 有关, 大量突水矿井资料统计表明, 矿井的突水均发生在可 采煤层周围存在富含水区, 富含水区的水通过导水层涌入矿 井, 因此, 在矿井水害发生前后, 若查清导水通道的准确位 置, 对矿井的防治水工作是一个重要的环节。

[1]

上式可改写为:

f (x , t)=α·sin (t -

) (1)

c

在均匀各向异性介质中, 我们区分两类波, 拟纵波和拟 横波。 拟纵波的极化方向与波的传播方向(α与g )大致相 同, 而横波的传播方向与极化方向大致正交。 波的极化现象 在各向异性介质的地震研究中占有重要的地位。 为简单起 见, 以后本文将在以上意义下将拟纵波和拟横波简称为纵波 和横波。

本文所论述 的一种

地震地球物理方法, 则为矿井提供了一种行之有效的 手段。能否用地震勘探方法对煤矿防治水工作提供有效的 水文地质成果资料是一个引人注意的问题。 根据作用在近 年来理论和实验等所做的研究工作看是可行的。 本文结合 成功实例来介绍这种地震勘探方法。

1 理论基础

地震波理论是建立在均匀各向同性完全弹性介质的假 设基础之上的, 常规地震勘探的正、反演过程均源于此。 实 践证明, 常规地震勘探对于较大地质异常体(依地震波长为 量度)的反映是真实显见的, 但对细小的异常体(诸如导水构

1)一个各向异性介质, 对位移的不同极化分量有着不同 的传播速度, 各向异性系数 r 可描述为:

r =11

(2)

式中 r 为岩石的方向异性系数, t ⊥为垂直极化分量的地 震波的旅行时间, t11 为平行极化分量地震波的旅行时间。

2)对任一方向传播的波, 总可以将它的极化方向, 分解

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