SSP技术在山西某煤矿采空区勘探中的应用

SSP技术依据低波速异常分布与地质界面形态变化综合判识采空区，提高了采空区勘探的准确性与可靠性。同时，SSP技术还具有勘探深度大，分辨率高，适应复杂地质地形条件的特点，无论采空区是否含水都能准确探测，可以作为采空区探测技术的首选。下面用案例证明。

工程项目概况

该项目地点未山西兴县苏家吉煤矿的含煤地层为石炭系和二叠系地层，其中二叠系的为山西组8号煤层，石炭系为太原组13号煤层。矿区内原有15处民采区，其中立井3处，斜(平)硐12处。因无序开采，无开采资料可查。

矿区内采空区引起的次生地质灾害频发，6次滑坡，1处地面塌陷，以及3处潜在崩滑点。采空区对煤矿与铝土矿地下开采的安全构成了严重威胁，为确保矿山生产安全，决定应用SSP技术勘探采空区分布，为治理采空区提供参考。

勘探工作布置与采集系统

在勘探区内布置一条测线，长240m，勘探深度120m。测线经过ZK2001和ZK2400两个钻孔，测线位置见图1。勘探使用24道工程地震仪，锤击震源，道间距2m，炮间距4m。炮点位于排列中点，以提高波速分析精度。

数据处理与成果解释

将地震记录进行方向滤波，滤除面波、声波，保留地下散射波；然后应用Radon积分变换进行速度分析，并进一步换算得到二维地层速度剖面（如图2）；最后进行偏移成像，得到地质界面偏移图像（如图3）。

地层速度剖面反映岩体波速的分布特征，其纵坐标为深度，横坐标为里程。图中红色、黄色表示高波速，浅蓝、深蓝色表示低波速，其中深蓝色与采空区有关。红色、黄色的区域波速在2500m/s以上，对应未受开采影响的岩层，包括砂岩和煤层；绿色的区域，波速在1500-2500m/s范围内，对应受开采影响较小的弯曲带，岩体结构变化不大；浅蓝色的低波速区，波速在1000-1500m/s范围，为裂隙带，岩体结构已遭受严重破坏；深蓝色为极低波速区，波速低于1000m/s，对应冒落带的位置。图中显示，除地表风化岩体为低波速区外，地下有深、浅两层隐伏低速区，每层又分左右两个分支。浅部的低速区深度在10-30m范围内，右支里程50-130m，左支150-165m，采动比较分散，且规模不大，对应二叠系山西组煤层的采空区。深层的低速层埋深在50-80m范围内，略有起伏。右支里程40-110m，左支150-220m，采空规模较大，对应石炭系太原组煤层的采空区。

地震偏移图像主要反映地层界面的几何形态、采空区边界和构造特征。其纵坐标为深度，横坐标为里程，成像的物理量是散射强度α。图3中红色和黄色表示正散射，为波阻抗增加的界面；深蓝与淡蓝色为表示负散射，为波阻抗降低的界面；绿色、黄色和天蓝色层位为弱散射界面。采空区上界面波阻抗迅速降低，图中为深蓝色的强负散射界面；下界面波阻抗迅速增加，图中为红色的强正散射界面；偏移图像中界面褶曲严重，表明剖面内地质构造复杂，地层严重变形。

根据开采前的钻孔资料，ZK2001、ZK2400、ZK1600、ZK3200等钻孔揭露8号煤层采空区埋深在20-30m；ZK26A08、ZK2808等钻孔揭露13号煤层采空区埋深80m左右。这些钻孔资料与采空区勘探结果吻合。