在机械化、智能化、透明化工作面采煤生产过程中，对回采工作面前方隐伏的地质异常体进行准确的定性与定量解释，可为安全高效采煤提供可靠的地质保障。

　　矿井槽波地震勘探因其探测距离大、精度高、抗干扰能力强、波形特征易于识别等优点，现已成为煤矿解决地质异常体探测的常用方法之一。但目前大多数研究集中在对工作面存在单个地质异常体的准确圈定与解释，对同时存在多个地质异常体的研究较少。

　　近日，中国煤科西安研究院吴国庆等以山西阳泉某工作面为例，对包含断层、陷落柱、薄煤带、挠曲四种地质异常体的工作面进行了三维波场模拟，获得了该四种地质异常体在槽波属性上的不同响应特征。研究成果于11月11日以《地质透明化工作面内多种异常体的槽波解释方法研究》为题在《煤炭科学技术》进行了网络首发，马彦龙为通讯作者。

　　数值模型参数表

（a）三维数值模型俯视图

　（b）三维数值模型主视图　

工作面内多种地质异常体的三维数值模型

　　工作面槽波数值模拟中，研究在一个工作面设定包含四种地质异常体进行三维数值模拟，不同地质异常体设定一种代表性的地质参数（产状、薄厚、尺寸大小、褶幅程度），从单炮特征、频散特征、CT成像等结果入手，在同一个工作面内进行识别研究 。

多种地质异常体的识别方法中，在保证煤层条件基本一致的前提下，从单炮特征及属性角度出发，对不同地质异常体进行定性识别。识别方法中，主要对不同地质异常体的单炮特征及多个属性进行对比分析，包括单炮、频谱、频散、速度、CT成像。

施工布置图

　　槽波探测解释成果对比图

　　在实例分析中，研究选取的阳泉矿区某工作面为一次性采全高综采面，探测区域内煤层总体呈东北高西南低的单斜构造，探测走向长度800 m，倾向宽度200 m，钻孔揭露煤层厚度4.91 m。根据探测区域内现有地质资料，断层、陷落柱、薄煤带、挠曲均比较发育。顶板为砂岩或泥质砂岩，局部为中、细粒砂岩；底板为砂岩，局部为粉砂岩或细粒砂岩。

　　根据工作面回采写实，槽波解释的断层（CF1）、陷落柱（CX1、CX2）、挠曲（NQ1、NQ2、NQ3）与薄煤带范围（YC1）均与实际揭露吻合较高。

　　根据模拟结果及实例验证，研究人员提出了四种地质异常体基于槽波属性的识别方法：

　　（1）单炮特征：断层、陷落柱、薄煤带导致槽波振幅均有明显减弱且纵波、横波振幅有所增强，挠曲引起了槽波振幅的增强。

　　（2）频谱特征：断层及陷落柱对槽波振幅的衰减是一次性且衰减明显，薄煤带对槽波振幅的衰减具有多次性，挠曲因煤层连续性未经破坏，振幅衰减变化不明显。

　　（3）频散特征：断层与正常煤层的主频及速度相近，陷落柱会降低槽波的主频及速度，且低阶和高阶主频相同、速度差异大，薄煤带主频基本不变，速度降低且低阶、高阶的速度差异小；挠曲会降低槽波低阶主频，高阶主频基本不变，低阶和高阶速度差异大。

　　（4）波场CT成像：横波、高频槽波、低频槽波振幅成像对断层反映显著，断层表现出明显的条带性；横波、高频槽波、低频槽波振幅成像对陷落柱反映显著，陷落柱表现出明显的不规则面状异常；高低频槽波振幅、速度成像对薄煤带反映显著，薄煤带表现出明显的宽带状异常；高低频槽波振幅成像对挠曲反映较显著，挠曲表现为无规则的异常区域。

　　最后，研究人员指出，受矿井巷道煤帮条件的影响，单炮特征中的波形异常，不能完全视之为地质异常，需要结合现场施工环境、地质背景综合分析；形成槽波异常的因素很多，如顶底板破碎、瓦斯富集、应力集中、本煤层抽放钻孔等，实际资料中的槽波异常识别，不能完全照搬数值模拟成果，需要充分结合地质背景加以分析；对纵向重合、纵横向切割、形态相同的不同地质异常体数值模拟及响应特征还需进一步的分析及研究，以便建立更加精确的透明化工作面三维地质保障模型，为矿井安全高效开采奠定坚实的基础。

　　这项研究得到了国家重点研发计划、国家自然科学基金面上项目、中煤科工集团西安研究院有限公司科技创新基金项目的资金支持。