巷道超前探测散射成像处理技术

国内外在隧道施工过程中已开始应用反射波法超前探测前方小构造,如断层、陷落柱.由于前方的断层面、陷落柱界面起伏不平,所以接收到的反射波能量较弱,难以精确成像,而基了惠更斯原理的散射成像方法能充分利用地震信号的全波场信息,具有较好的偏移成像效果,散射成像为巷道超前探测提供了一种可行的成像方法.笔者通过建立巷道超前探测模型,分析了散射成像处理技术的效果,验证了散射成像方法应用于巷道超前探测的可行性.     

MSP技术在任楼煤矿巷道超前探测中的应用

煤矿巷道中的断层、陷落柱和煤岩体结构破碎带等不良地质条件不但影响掘进施工,同时也存在突水、瓦斯突出等安全隐患。断层、陷落柱等地质异常构造与围岩在密度、速度等物性方面存在较大差异,因此可利用多波多分量地震反射法探测煤矿井下异常构造。近两年来,任楼煤矿针对矿井巷道前方的未知隐伏构造做了多次MSP震波超前探测。以Ⅱ7322机巷为例,在巷道j19点前76m处,分别于巷道的左帮及右帮对迎头前方进行了两次超前探查,2次探测解释的2个异常界面位置分别为82m、101m和85m、102m,实际揭露2个断层位置为82m、109m,探测结果与实际基本相符,实现了对掘进巷道内地质构造带的准确超前预测预报。     

地震超前探测技术在老窑采空区探测中的模拟与应用

巷道前方的地质异常与巷道内地震测线存在角度关系,依据地震超前探测原理,其反射波时距曲线为一直线且呈现负视速度特征。据此建立一采空区地震超前探测模型,以研究采空区条件下检波器后置观测系统的地震波场传播特征。通过对全空间地震波场的分析发现,距离震源越远的检波器越先接收到迎头前方异常界面的PP波与S-S波,为此采用τ-p域滤波或F-K域滤波对地震波场进行分离解释。以山西临汾某矿井2号煤层老窑采空区超前探测为例,通过反射波提取、绕射扫描及叠加偏移对巷道前方进行成像,解释迎头前方35m处存在异常,经钻探验证其为老窑采空区,取得了较好的应用效果。     

瑞利波超前探技术在跟踪长距离掘进巷道中的应用研究

为了解决煤矿井下独头巷道掘进过程中突发事故的预测和预防问题,笔者提出了一种在井下应用的超前探测的方法——瑞利波勘探法,并简要介绍了瑞利波勘探的基本原理。利用瑞利波对分层介质具有频散的这种特性,对巷道掘进前方的断层、破碎带、岩灌、陷落柱等复杂地质构造进行了超前探测。根据对现场采集的数据进行处理和分析,得出的结论与实际打钻结果相近,证明了利用瑞利波探测技术能进行有效的超前探测,解决了一些掘进前方的地质问题。它与打钻配合使用,进一步加强了对巷道前方的地质预报,是一种有效的辅助手段。     

钻杆供电直流电法超前探测快速反演

在传统直流电法超前探测施工中,通过三个不同位置的电极对地供电,测量巷道后方一段距离内电位差,由此得到迎头前方电阻率变化的一维结果。由于一维解释结果具有不确定性,为此提出了一种基于钻杆供电的二维反演方法:即将迎头前方三维空间以柱坐标形式剖分,建立前方特定区域电阻率与测量异常电位差的近似线性关系,根据不同钻进深度测量值构建反演代数方程组,通过解方程快速反演以获取前方电阻率的二维分布。采空区模型与陷落柱超前探测快速反演以及实例表明,钻杆供电直流电法超前探测快速反演方法能比较准确反映异常电阻率在两个方向的方位信息,提高反演结果的准确性。     

井下直流电法超前探测技术及其应用

矿井直流电法超前探测技术是一种全空间电法勘探技术。它以岩石电性差异为基础，在全空间条件下建场，应用全空间电场理论处理和解释有关矿井水文地质问题。可广泛用于解决煤矿井下巷道掘进头前方100m距离范围内含水裂隙、岩溶、断层、陷落柱、老空区、火烧区等异常地质体的探查问题。井下直流电法超前探测技术是利用体积效应进行探测系统设计和资料处理的，采用点源三极装置进行井下数据采集工作，无穷远电极对巷道内测量电极的影响可以忽略不计，因此其探测数据包括了巷道及其围岩影响在内的全空间范围内岩石、构造等各种地质信息。     

基于非结构有限元的电阻率超前探测中旁侧异常影响特征研究

为了进一步探究旁侧异常体在巷道电阻率超前探测中的影响规律,提高探测精度,采用基于对偶加权后验误差估计的自适应非结构有限元法进行三维正演研究。首先通过无限大垂直板状体模型验证了该方法在超前探测模拟中的适用性和准确性,建立无旁侧异常体模型模拟巷道中的超前探测响应;然后分别对高低阻旁侧异常体的方位、与巷道h和掌子面的距离、巷道大小、不同供电和接收方式以及在多层介质中对超前探测的影响进行了数值模拟。结果表明：巷道前方异常体的实际位置可由异常曲线极值推断出;高低阻旁侧异常体的响应总体上不会掩盖巷道前方的异常响应特征,但会使对应范围内的异常曲线出现凸形或凹形畸变,畸变位置与实际位置相符合;巷道空腔的存在加强了底板异常响应,不同巷道大小对顶板异常影响不同,总体上不会影响巷道前方的异常响应;多层地层中,异常响应曲线仍能反映出旁侧异常体的实际位置,巷道前方的异常响应特征是否会被掩盖要视各层电阻率大小情况而定。干扰异常的辨别需要结合实际进一步开展研究。     

YDZ（A）矿井直流电法仪

使用三极空间交汇探测法．可以预测堵头前方80m范围内存在的导含水构造（断层、陷落柱、裂隙破碎带、老空巷道）．提供前方80m范围内岩石的视电阻率变化信息     

巷道环境因素对激电测量影响度的探讨

针对煤田、矿山等巷道超前探水,隐伏陷落柱、构造裂隙等不良地质体探测的关键技术问题,应用有限元数值模拟技术实现了巷道三维复杂条件下激电观测的快速正演算法及程序。本文在三维有限元正演基础上,分析计算了巷道本身对巷道顶底板激电探测的影响规律,并用理论模型数据检验改正效果。     

资源整合矿井综合方法超前物探技术应用研究

某资源整合矿井,可开采煤层为3~#、9~#、15~#,3~#煤层已属于老窑破坏区,9~#煤可采范围内也存在多处采空区,15~#煤比较完整。为安全开采9~#煤层,在该矿首采工作面轨道顺槽采用了矿井瞬变电磁法、矿井直流电法、矿井地震波法三种方法进行超前探测:其中横、纵向上的瞬变电磁超前探测结果表明,巷道迎头前方45 m之外存在低于25Ω·m的低阻异常;直流电法超前探测在稍远处也显示了一低阻为20~40Ω·m的异常;同时矿井地震波法超前探测在迎头30~45 m处存在一强反射界面,综合解释为迎头前方存在采空积水区。经矿方钻探验证,钻进至迎头正前方45 m及垂直右帮65 m处均有出水现象,出水量达10 m~3/h,经水质分析为采空区水,可见综合探测结果与实际揭露基本吻合。     

三维地震勘探技术在潞安矿区的应用

潞安矿区属黄土丘陵地貌,浅层地震地质条件较好,但由于矿区内村庄、工业矿区等地面建筑较多,严重影响数据采集质量。目前潞安矿区三维地震勘探存在的主要问题为：小构造遗漏较多,特别是5m以下的断层和20m以下的陷落柱;陷落柱的解释误差较大,影响巷道及工作面布置;时深转换不准确,煤层底板等高线出入较大;第四系厚度不准。虽然受测区地震地质条件和技术限制存在多解性和误差,但就潞安矿区已开展的三维地震勘探来看,采区三维地震勘探是潞安矿区精细化地质勘查的必要手段,其在煤矿生产的合理设计、采区的合理划分及巷道、工作面的合理布置等方面发挥了重要作用。     

陷落柱的高斯射线束法模拟

以山西潞安矿区地层为参照,建立圆锥状陷落柱模型,模型区域为[0,1000]×[0,600]。分别在模型（0,0）、（250,0）和（500,0）三点激发,101道接收,道距10m。采用高斯射线束法对陷落柱模型进行地震射线追踪,模拟结果表明陷落柱柱面产生的反射波只有小部分能为地表所接收,难以形成能量可观的连续的反射波。另外根据射线路径,提出了延迟反射波（包括“反射—透射波”和“透射—反射波”）的概念,认为延迟反射波是在地表一定范围内可以接收到的陷落柱的特征波,它对CMP道集、水平叠加及偏移处理均会造成影响,从而影响陷落柱的地震解释精度。延迟反射波很可能就是实际揭露陷落柱规模小于地震资料解释结果的原因之一。     

基于克希霍夫偏移的槽波超前探测方法及应用

为查明邢台矿区葛泉矿1199工作面掘进巷前方地质构造,采用井下槽波地震进行超前探测,用线性拉东变换提取来自巷道前方的反射波,在时间域内进行速度分析获得围岩参数信息,通过克希霍夫偏移对巷道前方地质异常体成像。结果显示,掘进巷前方距离G12检波点205 m与237 m存在异常,分别对应采空巷道与SF4断层;通过速度分析提取速度参数,初步判断SF4含水。钻探验证结果表明,克希霍夫偏移方法能对掘进巷前方断层异常体进行成像。      

隐伏导水岩溶陷落柱的多源信息探查研究

开 滦 范各 庄 矿 是 一座 大 水 矿 井,主 要水 害 威 胁 来自 于 孤 立 发育 的 隐 伏 导水 岩 溶 陷 落柱 ,为 此,范 各庄 矿 使 用了 物探 、钻 探 、放水 试 验等 多种 勘 探方 法,取得 了 丰富 的地 质 资源 信息 。综合 利用 这 些多 源信 息 ,发 现范 各庄 矿 3-2皮带 巷原 设 计区 域存 在 着 13隐伏 导 水岩 溶陷 落 柱,具 有 强富 水 性及 导 水 性 。据 此 ,修改 3-2皮带 巷 设 计 ,避 免 再 次透 #水 灾害 的 发生 。     

全数字高密度煤矿采区三维地震技术研究与实践

通过分析常规煤矿采区三维地震勘探存在的问题及技术瓶颈,提出了全数字高密度煤矿采区三维地震勘探的主要技术框架,即:数字检波器、单点接收、更小的接收道距与线距、更小的激发点距与线距、单炮超多道数、小面元、全方位、高覆盖次数观测,真实记录全波场海量数据的采集技术,及其与之相配套的高精度地震成像处理和精细综合地震解释技术。与以往的常规三维地震勘探相比,全数字高密度煤矿采区三维地震勘探技术在断层方位、小断层识别、陷落柱探测、下组煤层探测、高陡构造勘探等多个方面都有明显优势。     

寻找隐伏导水陷落柱的有效方法——综合探测逐渐逼近

隐伏导水陷落柱的存在是矿井安全生产的重大隐患，是矿井防治水的重点、难点。目前单一探测手段难以准确探测隐伏导水陷落柱。根据地质、水文条件在宏观上圈出隐伏导水陷落柱范围，然后利用三维地震、电磁法、化探、放水试验、水质分析、钻探等综合勘探手段，逐步缩小异常区范围。实践证明，这种从宏观到微观，从整体到局部，有效利用各种勘探手段，逐步逼近，能够准确定位隐伏导水陷落柱。     

地震属性解释技术在探测陷落柱中的研究与应用

为有效识别采区中陷落柱,提高煤田地震勘探的解释精度,在三维地震数学模型的基础上,设计了相对容易建立的三维陷落柱模型。通过正演模拟,对提取模型数据的地震层属性、方差体属性进行研究、分析、优化与筛选,最终得到对陷落柱反应灵敏的地震属性。将该研究成果应用到某勘探区的资料解释中,解释成果经采掘资料验证．该方法选定的地震属性具有较高的构造识别精度。     

晋城天地王坡煤矿3204工作面透射槽波探测

晋城天地王坡煤矿3204工作面开采之前既进行了坑透探测,发现工作面内含有5个以上陷落柱,直径均较大。为了进一步准确探测3204工作面内陷落柱的位置及大小,对该工作面陷落柱集中区域采用了透射槽波探测。观测系统沿运输巷、回风巷和联络巷展开,共布设激发点26个,接收点153个。槽波振幅衰减系数CT成像直观的显示出4个陷落柱的位置及大小,经开挖探巷验证,除5#陷落柱误差较大外,其它3个误差均较小。晋城天地王坡煤矿探测实例表明,陷落柱对透射槽波的衰减作用明显,槽波振幅衰减系数CT成像结果能够直接反映陷落柱发育情况,且与实际具有较高的吻合度。     

被动震源进行地震勘探的可行性研究

为研究冲击钻机、打桩机、打夯机以及筑路机等设备工作时产生的震源,对开展工程地震勘探时的利用价值,在东庞矿2093工作面治水钻孔冲击钻进过程中进行了该项实验工作。试验采用WF-1006遥测数字地震仪及CGS-40型加速度检波器,接收排列之间方位角间隔20。,接收道数24道,道距5m,采样率1ms,记录长度2s。最近检波器距钻孔7m。利用SCHRAMM钻机产生的强大振动为被动震源,进行了250m、257m、183m、263m等不同钻井深度,以及与此相对应不同方位角（250°、250°、230°275°）的地震波接收试验。通过分析其地震记录,判定引发东庞矿矿井突水的陷落柱中心位于治水钻孔西南方向。该结论与三维地震勘探确定的陷落柱位置一致,可见通过选择合理的接收方式及参数,被动震源也能够用于地震勘探。     

三维地震技术在探测煤矿腔状采空区中的应用

采用三维地震勘探方法对采空区进行勘探,虽积累了大量的经验,但在实际应用中,解释误差依然存在,尤其是煤层顶板悬空,并在一定范围内呈"腔状"类型的采空区,会出现较高的"漏检率"。为此根据实际地层序列设计了地质模型,对采空区的地震反射波场特征进行了研究。将腔状采空区充气、充水时的正演地震剖面,与煤层开采前正常地层波场响应特征进行对比发现,煤层开采后将会产生比正常波场能量更强的反射波组。另外根据腔状采空区充水和充气反射波最大振幅及反射波频谱对比结果,还发现充气时产生的反射波能量比充水时产生的反射波能量强;充气时产生的反射波频率比充水时产生的反射波频率要低。山西左权佳瑞煤业有限公司的应用实例佐证了三维地震勘探技术探测腔状采空区的有效性。