金黃莊井田內(nèi)斷裂構(gòu)造發(fā)育，且以走向斷層為主，少數(shù)為斜交地層走向的斷層。井田地質(zhì)類(lèi)型劃分為極復(fù)雜條件，井田構(gòu)造及其發(fā)育程度往往是控制煤層賦存狀態(tài)的重要因素。井田主體為孫莊背斜南端的西翼，斷裂構(gòu)造較發(fā)育，主要分布在井田東部和南部。斷層因喜山期向張性轉(zhuǎn)化，使地層賦存狀態(tài)進(jìn)一步復(fù)雜化。特別是勘探階段難以發(fā)現(xiàn)的小斷層，往往是造成煤體局部破壞，瓦斯相對(duì)富集，進(jìn)而成為誘發(fā)礦井頂板、瓦斯、水害等災(zāi)害因素的主要根源。同時(shí)在局部地應(yīng)力及采動(dòng)應(yīng)力的綜合作用下，煤層開(kāi)采影響范圍內(nèi)還有可能誘發(fā)災(zāi)害滯后發(fā)生。

（一）開(kāi)采范圍內(nèi)褶曲、斷層多，使煤層在傾斜和走向方向無(wú)穩(wěn)定的連續(xù)性，從宏觀(guān)上看變化很大，但從局部上看還是比較有規(guī)律，受井田東部邊界斷裂構(gòu)造發(fā)育影響，斷層性質(zhì)基本類(lèi)似。

（二）煤層不連續(xù)，受沉積環(huán)境和斷層、褶曲共同影響，存在無(wú)煤帶或煤厚變薄，減少可采面積所占比例。煤層傾角變化大，在小塊段之內(nèi)傾角可以從緩傾變化到傾斜、倒轉(zhuǎn)。

7102工作面整體為單斜構(gòu)造，沿工作面傾斜方向地層傾角平均16°。7102工作面推采期間實(shí)際揭露斷層171條，正斷層170條，逆斷層1條，其中落差大于1.5m的斷層有45條，多數(shù)斷層走向均與地層走向斜交，多數(shù)傾向W、NW，落差0.5-4m。斷層延展與工作面推采方向斜交，多數(shù)斷層揭露之后，與推采方向斜交向上部延展，工作面范圍內(nèi)煤層受到小型斷層、褶曲構(gòu)造牽引影響造成厚度變化大。

圖1：金黃莊井田一采區(qū)7102工作面推采揭露斷層分布（截圖）

（一）系統(tǒng)簡(jiǎn)介

三維地震勘探提供了能反映地質(zhì)體時(shí)空變化的三維數(shù)據(jù)體，把地震反演技術(shù)應(yīng)用于礦山地質(zhì)工作，利用數(shù)據(jù)體可以提取垂直剖面、時(shí)間切片和立體數(shù)據(jù)，以滿(mǎn)足解釋工作的需要。三維地震動(dòng)態(tài)解釋系統(tǒng)是集合鉆孔資料、井巷資料和地震資料的綜合分析系統(tǒng)，因此要精確分析預(yù)測(cè)采掘前方地質(zhì)情況就要求資料的完整連續(xù)性。三維地震數(shù)據(jù)動(dòng)態(tài)解釋系統(tǒng)軟件（以下簡(jiǎn)稱(chēng)三維地震解釋系統(tǒng)）自2016年在金黃莊煤礦應(yīng)用，該礦在應(yīng)用以來(lái)已做到隨時(shí)更新系統(tǒng)庫(kù)，達(dá)到完善基礎(chǔ)資料的目的。

（二）初期應(yīng)用簡(jiǎn)介

三維地震解釋系統(tǒng)中垂直于構(gòu)造走向的剖面稱(chēng)為主測(cè)線(xiàn)剖面，通常表示為Inline方向；與主測(cè)線(xiàn)剖面相垂直的為聯(lián)絡(luò)測(cè)線(xiàn)剖面，通常表示為Crossline方向；三維地震解釋系統(tǒng)中地震切片分為水平切片、沿層切片兩種。

該礦地質(zhì)技術(shù)人員根據(jù)鉆孔、井巷工程、回采過(guò)程中的見(jiàn)煤資料計(jì)算速度場(chǎng)，對(duì)速度場(chǎng)實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)刷新。在此基礎(chǔ)上，該礦技術(shù)人員主要應(yīng)用Inline方向主測(cè)線(xiàn)剖面和沿層切片2種技術(shù)手段，通過(guò)系統(tǒng)分析出的地質(zhì)成果，判定前方煤層底板變板變化情況和地質(zhì)構(gòu)造情況，向采煤?jiǎn)挝惶岢龅刭|(zhì)預(yù)報(bào)并指導(dǎo)其生產(chǎn)。通過(guò)刷新后的速度場(chǎng)資料分析，反算煤層底板界面變化數(shù)據(jù)與實(shí)際基本接近，其中分析斷點(diǎn)最小位置誤差±3m，信息數(shù)據(jù)在局部塊段利用率效果顯著。

（三）系統(tǒng)解釋中斷點(diǎn)數(shù)據(jù)及異常區(qū)分析

根據(jù)不同地質(zhì)體反射波變化不同特點(diǎn)，同時(shí)結(jié)合礦井一采區(qū)應(yīng)用情況分析，不同范圍內(nèi)采取地震波的形式，揭露小型斷層時(shí)波形相應(yīng)發(fā)生變化：底板波缺失或紊亂；目的層較兩側(cè)起伏變化大，實(shí)際反映為低角度中小型斷層；頂?shù)装宀ㄐ瓮暾蜉p微錯(cuò)斷。通過(guò)上述現(xiàn)象，可實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確判斷煤層底板變化。

圖2：7102工作面實(shí)測(cè)剖面圖

圖3：7102工作面三維地震解釋Inline方向剖面圖 

圖4：7102工作面三維地震解釋異常區(qū)分布圖

圖5：7102工作面上下順槽煤壁側(cè)剖面圖

（四）局部開(kāi)采塊段內(nèi)約束反演、數(shù)據(jù)提取，實(shí)現(xiàn)三維建模

該礦地質(zhì)技術(shù)人員對(duì)工作面上下順槽和工作面實(shí)見(jiàn)煤層觀(guān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)，作為地震鉆孔資料錄入約束反演，推斷煤層底板曲面變化情況，應(yīng)用Inline方向主測(cè)線(xiàn)剖面數(shù)據(jù)和工作面煤層觀(guān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)，側(cè)重分析沿層切片中存在異常區(qū)，對(duì)異常區(qū)煤層底板走向和傾向起伏以及斷失點(diǎn)做出精確判斷。但在立體空間范圍內(nèi)如何能形象準(zhǔn)確表示出異常區(qū)變化具體情況或是斷點(diǎn)的分布情況，判斷煤層受斷層褶曲構(gòu)造影響程度，為此筆者考慮到利用三維地質(zhì)建模方法。

通過(guò)約束反演、數(shù)據(jù)提取、三維建模方式，綜合考慮煤層底板變化的各類(lèi)影響因素，輔助采取CAD三維繪圖建模，逐步構(gòu)建起適合小塊段開(kāi)采范圍內(nèi)的三維地質(zhì)建模。

根據(jù)多項(xiàng)式逼近函數(shù)理論，給定空間一組有序的控制點(diǎn)（control point），得到一條光滑的分段參數(shù)多項(xiàng)式曲線(xiàn)的方法。曲線(xiàn)順序經(jīng)過(guò)所有的控制點(diǎn)，則稱(chēng)為對(duì)這些控制點(diǎn)進(jìn)行插值，得到的曲線(xiàn)稱(chēng)為插值曲線(xiàn)。

利用插值方法來(lái)構(gòu)造逼近曲線(xiàn)的做法在數(shù)學(xué)中已有相當(dāng)久的歷史，如果根據(jù)已知煤層觀(guān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)、三維地震解釋系統(tǒng)分析數(shù)據(jù)，在井田區(qū)域內(nèi)部，構(gòu)建一個(gè)小塊段范圍內(nèi)的小型綜合數(shù)據(jù)體，默認(rèn)各變量之間存在線(xiàn)性關(guān)系，由此可考慮利用插值定理。提取以上在Inline方向7102工作面主測(cè)線(xiàn)剖面數(shù)據(jù)和7102工作面及上下順槽煤層觀(guān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)，轉(zhuǎn)換至CAD軟件三維繪圖界面之中，利用各約束曲線(xiàn)之間的拓樸數(shù)學(xué)關(guān)系，進(jìn)行曲線(xiàn)放樣可得到變化曲面，如下圖所示：

圖7：工作面底板曲面三維示意圖（藍(lán)色部分為煤層底板）。

圖8：三維地震解釋異常區(qū)局部放大圖（圈定區(qū)域?yàn)楫惓^(qū)）

由異常區(qū)放大圖可以得知，煤層底板等高線(xiàn)（白線(xiàn)）彎曲變化數(shù)據(jù)，判斷出工作面前方推采為仰采或俯采以及順走向坡度變化數(shù)據(jù)，傾斜方向（Inline）上，主要得出結(jié)論：煤層底板變化中的尖端或凹凸變化，指示出煤層在此區(qū)域內(nèi)受到特殊構(gòu)造（斷層或褶曲）影響，推采期間尤其注意頂板、瓦斯管理安全。

通過(guò)以上的三維地質(zhì)建模方法，分析工作面前方煤層賦存、斷層構(gòu)造情況，達(dá)到立體多方位觀(guān)察效果，達(dá)到數(shù)據(jù)綜合運(yùn)用目的。