采煤工作面槽波相对透射系数层析成像技术

为了实现大型采煤工作面内小构造的精确探测问题,对槽波相对透射系数层析成像技术展开研究。通过现场工程试验数据的处理分析,研究巷道对槽波透射的影响,将CT成像结果与实际地质资料对比,结果表明:槽波相对透射系数层析成像方法能够清晰地反演出高度小于1/3煤厚的巷道的位置及形态;用实际数据验证了其成像结果稳定性好、精度较高,该技术是探测工作面内部小构造的有效手段。      

透射槽波相邻道质心频率的层析成像方法

槽波勘探是煤层工作面小构造探测的主要方法之一,该方法主要是利用槽波的能量衰减特征。当检波器的耦合差或工作面存在较大地质异常时,会显著影响槽波在不同频段上的能量分布,降低槽波探测结果的稳定性和准确性。利用槽波信号的质心频率变化特征进行反演成像是一种创新且有效的方法,但该方法存在震源质心频率准确估算及兼顾震源差异性的难题。为此,提出基于透射相邻道槽波信号,估算其质心频率相对变化量的层析成像方法。基于理论分析,推导出相邻道槽波质心频率相对变化量(M_i)的计算公式;采用二维数值模拟方法,验证槽波M_i值与传播距离的正向线性变化规律;通过槽波实测试验,对比分析了相邻道质心频率成像方法的效果。结果证明,槽波信号存在频移现象,槽波相邻道M_i值层析成像方法是有效,该方法克服了震源差异性和震源质心频率人为选择不当对成像结果造成的影响,为槽波勘探数据处理提供了一种新的思路。      

Rayleigh型与Love型槽波波场分离

煤矿井下采集到的槽波通常包括Rayleigh型槽波和Love型槽波,这两种类型的波场具有不同的偏振特点,由于目前现有的槽波处理软件和方法仅针对单一类型的波场,因此在数据处理过程中两种波场互为干扰,影响了后续频散分析和槽波成像的质量。从煤层槽波中Rayleigh型槽波和Love型槽波的基本偏振方程出发,利用两种波场的不同偏振特征,推导出一种时间域的波场直接分离方法,该方法具有经验参数少、算法稳健的特点;通过模型数据和实际数据的波场分离验证,取得了满意的结果。      

反射槽波绕射偏移成像及应用

反射槽波能够探测煤层中的小构造,但反射槽波信噪比低,探测效果不理想。为改进成像质量,分析了适用于反射槽波的预处理技术,从理论和实际应用两方面,通过三维槽波数值模拟和实际数据处理应用,验证了反射槽波绕射波偏移方法的有效性。结果表明:应用绕射波偏移方法时,需对反射槽波做Hilbert变换,使之适应槽波的特殊情况;绕射偏移时只需要一个速度,槽波速度基本恒定,槽波绕射偏移方法相对地面地震有独特优势。      

三层对称模型瑞雷型槽波与洛夫型槽波频散特征研究

槽波频散特征分析对槽波地震成像至关重要,是槽波地震数据处理的重要环节之一。瑞雷型槽波应用较少,槽波应用仍以洛夫型槽波为主。基于槽波理论,对三层对称模型的洛夫型槽波与瑞雷型槽波的频散特征进行了研究。通过对比发现两种频散特征随煤层及围岩参数变化的趋势具有相似性,但其影响程度存在较大差异,其中瑞雷型槽波频散特变化相对复杂一些。这个特征可用于多分量矿井槽波地震反演纵波速度成像,并有望达到对地质异常体更加精细的刻画。     

厚煤层内小断层的反射槽波探测技术及应用

厚煤层、巨厚煤层工作面内的小断层一般断距或延展长度的规模较小,目前的探查方法和仪器受分辨率限制一般难以探查这类小断层,而小断层探查不清,将会对智能化工作面高效回采带来较大影响。针对这一问题,开展厚煤层内小断层反射槽波探测的数值模拟及现场实验工作。在数值模拟方面,采用交错网格有限差分法对厚煤层(6 m)、巨厚煤层(20 m)两种环境下含小断层(落差小于3 m)的数值模型进行三分量弹性波模拟,在对数值模拟结果进行频谱分析的基础上研究不同模型中的直达槽波与反射槽波的特征。在实际探查方面,通过不同矿区厚煤层、巨厚煤层实际发育断层进行透、反射数据综合研究,分析和比较透射与反射槽波方法对小断层的探查情况。研究表明,工面内构造发育相对简单的条件下,反射槽波对厚煤层、巨厚煤层工作面中小断层的探测较透射槽波有更强的识别性及准确性。      

槽波振幅衰减系数CT成像技术应用

槽波与其他地震波相比,能量变化十分明显,因此其衰减系数成像能够准确的判定断层等异常构造的存在。依据槽波探测构造的原理,介绍槽波振幅衰减系数层析成像的方法,并采用槽波振幅比值法,省略了对震源振幅的计算。济宁三号煤矿槽波振幅衰减系数层析成像方法的应用,成功探测出工作面内2条并未相交的断层KF78、KF79,并推断受KF79屏蔽,KF80可能并不存在或更少。实例表明槽波勘探适用于超长工作面异常构造的探测,且探测精度较高,但对于平行于工作面走向的隐伏断层分辨率相对较低。     

槽波地震勘探仪器的发展现状

高性能槽波地震勘探仪器的研制能够有力推进槽波地震勘探方法在煤矿地质构造勘察等领域的有效应用。通过分析槽波地震勘探实例,对比国内外多款新型槽波地震仪采集站,结果表明:无线遥测式地震仪是槽波地震勘探仪器的主要发展方向;新型采集站都使用有Δ-Σ技术的24位AD转换器,前置增益都是多倍率。地震仪器采集站的性能满足槽波地震勘探需要,但是地震检波器的性能制约了槽波地震仪整机性能的提高。分析6种不同类型地震检波器的原理和性能,目前地震检波器主要是围绕提高灵敏度,拓宽频率响应范围和增强抗干扰能力3个方面进行研究。其中高性能压电式地震检波器在槽波地震勘探中有较好应用前景,进一步介绍了一种压电地震检波器芯体及测试结果。      

钻孔槽波地震勘探的研究

槽波地震勘探通常是在一条或几条巷道中进行。本文讨论了利用钻孔进行槽波地震勘探的方法、实现装置及资料的分析与解释。该方法切实可行,拓宽了槽波地震勘探的应用范围,对煤矿利用槽波探测小构造有实用价值。      

煤矿反射槽波探测技术研究评述

反射槽波可用于单条巷道内探测巷道两侧和掘进前方一定区域内的断层等异常地质构造。目前该项技术已在我国多数矿井开展过探测试验和工程应用,对采掘危险区治理、工作面布置和采掘方案设计等生产环节起到了重要的指导作用。阐述了反射槽波的处理方法和原理,比较了面对巷道的侧帮和掘进前方2种不同探测区域时,反射槽波数据和处理方法的异同之处,着重对反射槽波的叠加成像、偏移成像以及掘进工作面超前成像3类成像方法的技术原理、适用条件和研究进展进行了梳理和分析,总结了反射槽波在巷道侧帮与掘进前方断层、采空区以及陷落柱探测方面的典型案例。在此基础上提出进一步提高探测能力的改进方向：研究适用于槽波频散性的反褶积方法,有效压缩反射槽波并依据频散速度准确偏移归位,提高成像分辨率;通过极化处理求出槽波的偏振方向,从而减少“画弧”现象;借鉴束偏移技术,选取特定方向的槽波参与成像,提高成像信噪比;研究影响反射槽波信号强弱的地质条件和采集条件,在不增加震源能量的条件下有效增强反射槽波;研制新型震源,提高反射槽波探测应用的安全性和适用性。对反射槽波未来的应用方向进行展望,以期促进反射槽波探测技术发展,为煤矿安全高效开采提供保障。     

综合地震勘探方法在陕北煤田采空区探测中的应用

基于陕北黄土塬煤层采空区地震勘探方法研究项目,在该类复杂地质背景和地震地质条件下进行了煤层采空区多种地震探测方法的应用。探测中依据不同的地震勘探方法原理,针对同一目标地质体,提取了识别其地震波场的响应特征:①在地震反射时间剖面上呈现反射波组中断缺失、不连续特征;②在折射层析速度剖面上反射为低速异常;③面波记录出现强能量基阶面波传播中止(波散),面波速度剖面呈现为低速异常,频散曲线发生畸变(呈"之"字型回折);④煤层采空区边界显现出散射波特征。这些地震波场特征在鄂尔多斯等地的煤层采空区探测中也已得到验证。陕北煤田采空区探测实例表明,采用综合地震勘探方法探测可有效解决单一方法的多解性问题,提高其成果的准确性和可靠性。     

厚黄土覆盖地区有利激发层位选取方法

合理选取激发层位可有效提高巨厚黄土覆盖地区原始地震数据信噪比及分辨率,而单一的浅层折射、瞬态面波、微测井等手段常因复杂的浅表层地质条件,难以分出黄土层中的高速小层或薄层。利用微测井约束的瑞雷波反演方法,可以准确的划分浅表层速度界面的深度,进而确定激发层位的位置。以山西万荣、洪洞二项目为例,介绍了该方法的地质效果：其中万荣勘探区解释速度界面深度分别为27m、37m与45m,确定激发层位为37m深的高速粘土层,地震资料解释成果经3口钻孔验证,钻遇煤层最大相对误差约3%;洪洞勘探区以2、3层的粘土（15~18m）作为激发层位,其资料解释成果经1口钻孔验证,钻遇煤层相对误差约5%。     

利用相对波阻抗识别煤层缺失变薄带

地震道积分是利用地震资料进行的无约束反演技术,也就是通过对地震道积分得到地层的相对速度剖面而进行地层分析的技术。通过地震道积分识别煤层缺失变薄带研究表明,小规模的煤层缺失变薄带在三维地震时间剖面上基本无显示,在地震道积分时间剖面上能够有效地识别出相对波阻抗的异常,进而解释煤层缺失变薄带,解释成果与巷道揭露一致,结果表明地震道积分是地震解释中一项的有效实用技术。     

各向异性煤层裂隙流体因子及地震波速度响应

煤层中瓦斯和水的赋存及运移与裂隙的密度、走向、填充物类型等因素密切相关,为了预防和控制矿井突水、瓦斯突出等灾害性事故,进行煤层裂隙的识别和预测研究,对煤矿开采的安全性评价有重要指示作用。基于裂隙等效模型理论,将Schoenberg线性滑动模型与煤层干裂隙（气充填）和饱水裂隙相结合,分析煤层缝隙中流体因子随不同充填物与裂隙弱度参数（裂隙密度、纵横比、体积模量、剪切模量、拉梅系数）的变化特征,并通过对含垂向裂隙的煤储层进行地震波各向异性速度的响应计算。从HTI型煤层理论模型的正演模拟结果可知,模型中裂隙流体因子与裂隙密度和几何形态呈正相关函数关系,而与充填流体体积模量呈负相关。HTI型煤层P波群、相速度对裂隙中的气、水都比较灵敏,SV波群、相速度对干裂隙（气充填）不敏感,SV波群速度对裂隙中的水很灵敏。通过HTI型煤层裂隙流体因子与各向异性速度等参数的响应分析实现煤层裂隙流体预测的可行性,为分析裂隙型煤层地震波传播特征打下基础,为煤层裂隙流体预测提供理论支持。      

透射槽波技术在煤田勘探中的应用研究

槽波地震勘探技术可以有效探查煤层中小断层、陷落柱等地质异常体,在探测精度和距离上明显优于其他煤矿井下勘探方法。透射法作为基本的槽波地震探测方法,具有简单灵活、探测范围大、准确率高等优势。采用透射槽波方法对实际煤矿工作面内断层构造进行探测研究,通过滤波、频散分析、波场及速度分析、能量分析以及透射CT成像等关键技术对实际透射槽波数据进行精细处理,获得准确的透射槽波成像剖面。根据槽波在煤层中受到断层阻断或遇到煤层破碎时其能量将急剧降低的特征,利用透射槽波能量CT剖面,并结合实际揭露情况,解释出12条可靠断层。通过实际煤层工作面透射槽波勘探方法测试,验证了透射槽波方法的有效性以及在煤田断层等构造探测中的实用价值。     

地震波法在煤层赋存条件解释中的应用

新疆含煤岩系大多沉积在中新生代拗陷型、断拗型及断陷型盆地中,煤层的赋存条件比较复杂,虽单层煤厚度可达100多m,但煤层沉积厚度在区域上变化较大,煤层煤组的尖灭、合并现象时有发生,使得新疆煤田煤组标定、归并工作变得非常复杂。根据新疆煤田地质特点和地震勘探中遇到的问题,结合实例探讨利用钻孔、单炮记录和折射波速度等资料确定煤层赋存情况的方法。利用折射波速度资料编制了新疆煤田勘查区地震波速度平面图,在钻孔验证的基础上,提出了在新疆哈密煤田依据其速度判断煤层赋存状态的辅助方法:①速度4 000～5800m/s的区域,其高速界面深度较浅,属无煤层赋存区;②速度3 000～4 000m/s,高速界面不明显,存在煤层赋存的可能性;③速度低于3 000m/s,其新近系、古近系及侏罗地层较厚、有煤层赋存的可能性,但煤层埋藏深度较深。     

地震反射波检测煤层厚度的直接反演方法

为适应矿井建设时采区地震勘探检测煤层厚度的需要,从煤层具有地震勘探中"薄层"特点出发,建立煤层反射波数学表达式在频率城直接反演,并采用可减少非煤厚因素影响的谱平方比法检测煤厚,取得良好效果,可达到煤矿建设要求。      

蒲白矿区无线电波坑透仪的应用

无线电波抗透视仪在薄白矿区３个矿５个工作面的应用结果表明，无线电波透视法对煤中小断层具有较好的可解释性，断层落差、断面倾角、断层形态以及断层带宽度与电磁波能量的衰减有密切的关系。     

煤炭三维地震勘探时深转换误差分析及对策

煤炭三维地震勘探对煤层作时深转换时常用的方法是：首先利用钻孔处的目的层铅垂深度除以钻孔处目的层的反射时间值的一半，算出各个钻孔处煤层的大平均速度，然后利用内插法绘制测区速度分布平面图。之后，把速度平面上各点的速度乘以时间平面图上反射时间的一半，得出深度平面图。该时深转换易产生误差，有些情况其误差甚至超过了规范要求。针对测区的实际情况，列举了在二层速度情况下用大平均速度作时深转换时误差分析的一些例子，并提出了如何消除误差的对策。     

薄煤层透射槽波探测技术及应用

为提高透射槽波探测技术在薄煤层中对断层的解释精度，根据槽波在薄煤层中吸收衰减严重，传播距离近的特点，提出采用槽波最远传播距离来约束CT成像的方法。通过理论推导，研究不同煤层厚度条件下槽波频率的变化情况；以1.5 m煤层为主要研究对象，正演模拟槽波的衰减特性，确定1.5 m煤层中槽波的有效传播距离为300 m。对山东某矿15号煤层的槽波资料，应用该技术CT成像，解释的断层和巷道揭露推断的断层位置基本吻合。结果表明:对1.5 m煤层的槽波资料处理时，以300 m为最大有效传播距离，对实际数据进行能量衰减成像，提高了槽波CT成像质量和解释精度。该方法可为薄煤层槽波探测技术提供借鉴意义。