以切割震動為地震信號的煤礦工作面探測方法
2023-05-06 20:42:56
專利名稱：以切割震動為地震信號的煤礦工作面探測方法
技術領域：
本發明屬於煤礦井下工作面超前勘探技術領域，涉及ー種以切割震動為地震信號的煤礦工作面探測方法。
背景技術：
採煤工作面內部的採空區、小斷層、陷落柱等小 異常構造的實時探査，對於預防災害事故的發生以及經濟合理的設置採煤方案至關重要。採空區和斷層等小構造的存在，破壞了煤層的連續性，影響井巷圍巖的穩定性，而且會形成良好的導水通道(尤其是陷落柱)或瓦斯儲積場所，成為煤層頂底板突水和瓦斯突出的潛在危險。隨著礦井機械化採煤的發展，斷層、陷落柱等對採煤機械的妨害成了ー個凸出問題，綜採工作面的生產能力和效益在很大程度上依賴於小構造的實時精細探査。實際生產中，高解析度的煤礦採區三維地震勘探和鑽探要發現這些小構造都比較困難。槽波勘探是最有效的探測方法之一，具有探測距離大、精度高、抗幹擾能力強、波形特徵較易於識別以及最終成果直觀的優點，尤其在探測精度和距離上優於其他煤礦井下勘探方法。不過槽波勘探方法還有ー些局限性探測時需要中止採煤作業；需要提供人工震源，在煤礦的高安全要求下，使用炸藥不夠安全，使用錘擊能量又有局限。
發明內容
本發明所解決的技術問題是提供ー種不打擾採煤作業；震源能量高，無噪音；不需要炸藥等可能帶來危險的材料；能夠實時探測的以切割震動為地震信號的煤礦工作面探測方法。為解決上述的技術問題，本發明採取的技術方案
一種以切割震動為地震信號的煤礦工作面探測方法，其特殊之處在於通過以下步驟實現
(1)、數據採集
在工作面兩邊的迴風巷和運順巷布置檢波器，迴風巷噪音水平低且安裝檢波器容易，因此測線的道間距小，道數多；運順巷噪音大且有運輸皮帶阻擋，只在靠近掌子面的地方安裝ー個檢波器記錄參考信號，機械開始工作時，採集系統也同時啟動；
(2)、數據處理
A、首先建立觀測系統，輸入採煤機和檢波器坐標，進行在線監測和數據採集；
B、利用地震幹渉技術把採煤機切割震動轉化為需要的有效地震信號當採煤機在靠近運順巷ー邊時，運順巷接近掌子面的檢波器記錄就是源信號，可作為參考信號與迴風巷測線記錄進行互相關地震幹涉處理，即求參考信號與測線記錄的互相關函數，得到從採煤機透射到迴風巷各道類似脈衝炮集的透射波；利用反褶積方法壓縮子波，提高時間解析度；
C、成像隨著採煤機向終採線方向推進，相當於炮點位置向前推進，射線在工作面內交叉覆蓋，因而可進行兩種CT成像，一種是根據到時差進行速度CT成像，ー種是根據透射槽波能量強弱計算槽波透射係數，進行振幅CT成像；
(3)、資料解釋直接利用透射係數就可以判斷ー些大的構造，如錯斷了煤層的斷層和陷落柱等可阻斷槽波透射的構造；根據CT圖像可圈定ー些不能阻斷槽波，但能造成波速變化的陷落柱、老窯巷道等，綜合繪出工作面地質構造解釋圖。上述的地震幹涉處理依次進行互相關幹涉、反褶積處理。與現有技術相比，本發明的優點
I、不打擾採煤作業，檢波器安裝在巷道的側壁上，對煤礦的正常作業無任何影響。數據採集不需要中止採煤作業，因為本方法就是要把噪音轉化為信號。2、震源能量高，無噪音，煤礦機械切割煤層發出強烈的地震波，還可以通過一定時間的疊加進行積累，能量很高，因為強噪音被轉化為強信號，得到的單炮記錄非常乾淨，幾·乎沒有噪音。3、不需要炸藥等可能帶來危險的材料。4、實時探測，因為不需要中止採煤作業，震源又能夠實時提供，信號可以實時處理，最終使得實時探測成為可能。
圖I本發明的採煤機直達地震波的工作面透射；
圖2本發明的採煤工作面記錄幹涉產生的透射單炮集。
具體實施例方式下面結合附圖和具體實施方式
對本發明進行詳細說明。本發明通過以下步驟實現
(1)、數據採集
在工作面兩邊的迴風巷和運順巷布置檢波器，迴風巷噪音水平低且安裝檢波器容易，因此測線的道間距小，道數多；運順巷噪音大且有運輸皮帶阻擋，只在靠近掌子面的地方安裝ー個檢波器記錄參考信號，機械開始工作時，採集系統也同時啟動；
(2)、數據處理
A、首先建立觀測系統，輸入採煤機和檢波器坐標，進行在線監測和數據採集；
B、利用地震幹渉技術把採煤機切割震動轉化為需要的有效地震信號當採煤機在靠近運順巷ー邊時，運順巷接近掌子面的檢波器記錄就是源信號，可作為參考信號與迴風巷測線記錄進行互相關地震幹涉處理，即求參考信號與測線記錄的互相關函數，得到從採煤機透射到迴風巷各道類似脈衝炮集的透射波；利用反褶積方法壓縮子波，提高時間解析度；
C、成像隨著採煤機向終採線方向推進，相當於炮點位置向前推進，射線在工作面內交叉覆蓋，因而可進行兩種CT成像，一種是根據到時差進行速度CT成像，ー種是根據透射槽波能量強弱計算槽波透射係數，進行振幅CT成像；
(3)、資料解釋直接利用透射係數就可以判斷ー些大的構造，如錯斷了煤層的斷層和陷落柱等可阻斷槽波透射的構造；根據CT圖像可圈定ー些不能阻斷槽波，但能造成波速變化的陷落柱、老窯巷道等，綜合繪出工作面地質構造解釋圖。上述的地震幹涉處理依次進行互相關幹涉、反褶積處理。
互相關幹涉處理方法是可控震源處理掃頻信號的ー種常用方法，就是求震源信號與測線記錄的互相關函數，可以達到把長的掃頻子波壓縮為脈衝子波的作用。採煤機信號是ー種寬頻的連續波列，與掃頻信號類似，利用互相關幹涉可以壓縮為脈衝子波。反褶積是廣泛用於地震勘探的一種提高信號時間解析度的方法，處理方法類似於維納濾波。實施例I:
I)在迴風巷和運順巷的側壁上布置檢波器(圖1)，檢波器採用專門設計的對接頭對接到煤層中心或接近中心的錨杆露頭上，周圍用螺帽擰緊固定，檢波器道間距一般11m。2)檢波器、大線、儀器等布好後，在採煤機開始切割工作吋，啟動記錄系統，數據實時傳輸到處理機上。3)對數據進行處理，首先建立觀測系統(圖I )，利用地震幹涉技術把機械噪音轉化為有效地震信號，對數據做初步處理自適應濾波，消除巷道型面波；地震幹涉處理，將連·續震動信號轉化為脈衝信號炮集；帶通濾波，分離出高信噪比的槽波；自動增益控制；讀取到吋。然後，對於工作面探測，通過槽波能量強弱計算槽波透射係數，採用透射係數成圖法進行成像，用振幅CT成像法進行成像。4)資料解釋，根據成像結果結合工作面巷道揭露的地質異常資料，綜合判定工作面內的斷層、陷落柱等地質異常，繪出工作面地質構造解釋圖。應用實例
某工作面長3000m，寬300m，平均煤厚7m。檢波點共30個，道間距11m。利用互相關幹涉由16秒的數據得到了ー個透射單炮記錄，如圖2，初至非常清楚。
權利要求
1.一種以切割震動為地震信號的煤礦工作面探測方法，其特徵在於通過以下步驟實現 (1)、數據採集 在工作面兩邊的迴風巷和運順巷布置檢波器，迴風巷噪音水平低且安裝檢波器容易，因此測線的道間距小，道數多；運順巷噪音大且有運輸皮帶阻擋，只在靠近掌子面的地方安裝一個檢波器記錄參考信號，機械開始工作時，採集系統也同時啟動； (2)、數據處理 A、首先建立觀測系統，輸入採煤機和檢波器坐標，進行在線監測和數據採集； B、利用地震幹涉技術把採煤機切割震動轉化為需要的有效地震信號當採煤機在靠近運順巷一邊時，運順巷接近掌子面的檢波器記錄就是源信號，可作為參考信號與迴風巷測線記錄進行互相關地震幹涉處理，即求參考信號與測線記錄的互相關函數，得到從採煤機透射到迴風巷各道類似脈衝炮集的透射波；利用反褶積方法壓縮子波，提高時間解析度； C、成像隨著採煤機向終採線方向推進，相當於炮點位置向前推進，射線在工作面內交叉覆蓋，因而可進行兩種CT成像，一種是根據到時差進行速度CT成像，一種是根據透射槽波能量強弱計算槽波透射係數，進行振幅CT成像； (3)、資料解釋直接利用透射係數就可以判斷一些大的構造，如錯斷了煤層的斷層和陷落柱等可阻斷槽波透射的構造；根據CT圖像可圈定一些不能阻斷槽波，但能造成波速變化的陷落柱、老窯巷道等，綜合繪出工作面地質構造解釋圖。
2.根據權利要求I所述的以切割震動為地震信號的煤礦工作面探測方法，其特徵在於所述的地震幹涉處理依次進行互相關幹涉、反褶積處理。
全文摘要
本發明涉及一種以切割震動為地震信號的煤礦工作面探測方法。本發明通過以下步驟實現(1)數據採集，(2)數據處理，(3)資料解釋直接利用透射係數就可以判斷一些大的構造，如錯斷了煤層的斷層和陷落柱等可阻斷槽波透射的構造；根據CT圖像可圈定一些不能阻斷槽波，但能造成波速變化的陷落柱、老窯巷道等，綜合繪出工作面地質構造解釋圖。本發明不打擾採煤作業，檢波器安裝在巷道的側壁上，對煤礦的正常作業無任何影響，數據採集不需要中止採煤作業；震源能量高，無噪音，煤礦機械切割煤層發出強烈的地震波，還可以通過一定時間的疊加進行積累，能量很高，因為強噪音被轉化為強信號，得到的單炮記錄非常乾淨，幾乎沒有噪音。
文檔編號G01V1/48GK102788995SQ20121027192
公開日2012年11月21日 申請日期2012年8月2日 優先權日2012年8月2日
發明者程建遠, 胡繼武, 覃思, 陸斌 申請人:中煤科工集團西安研究院