基于分段波形互相关的井下随采地震数据成像

随采地震勘探是以采煤机为震源的被动地震探测技术，由于采煤机是不断移动的、且其激发的是一种连续信号，因此常规数据处理方法无法直接应用。提出分段波形互相关方法，通过将采煤机产生的数据分段，采用互相关方法提取有效信号的走时，然后利用速度层析成像方法对工作面内部和切眼前方进行速度成像。利用波动方程对含异常体的工作面模型进行随采地震数值模拟，反演得到的成像结果和速度模型基本吻合；实际随采地震数据测试中，利用该方法对采煤机震源数据反演得到采动过程中地震波传播速度的成像结果，实现了对工作面内应力异常变化区域的实时动态监测。研究结果表明:基于分段互相关成像方法能解决采煤机震源信号处理问题，满足随采地震勘探技术实时性和稳定性的要求。      

基于地震干涉的回采工作面随采地震成像方法

煤矿安全生产迫切需要能够对工作面进行实时探测的方法,随采地震成像方法是一个有效解决途径。基于采煤机地震信号特征的分析,研究对比了3种随采地震信号干涉方法的适用性,利用贝叶斯反演提出了工作面的随采地震槽波层析成像方法。结果表明:采用反褶积干涉或互相干干涉,皆能有效压缩震源的子波,得到比互相关干涉更宽频谱的炮集;利用二次干涉方法,有助于获得更高精度的到时与层析成像结果。该方法能够实现煤矿井下回采工作面的随采地震实时成像,及时发现速度随时间变化的危险区域,对工作面地质灾害做出预警。      

煤层工作面地质构造及异常透射CT综合成像方法与应用

煤层工作面中的断层、煤层变薄区等是影响煤矿安全生产的主要地质因素。目前主要采用无线电坑透、地震及槽波CT等方法,实现巷道工作面内的二维层析成像,以查明采前工作面的地质条件及异常特征。多个工作面成像实践表明,受不同探查方法的施工条件所限,通常采用无线电坑透法对工作面进行普查,判断面内基本地质条件;对于构造复杂区域可采用地震类CT方法进行精细探测。根据不同透射CT方法的特点,进一步讨论了其研究和发展方向。     

随采地震数据处理软件开发与应用

以采煤机作为震源的回采工作面随采地震探测技术是获取精准开采地质条件、提高工作面内部地质异常体探测精度、实现无人/少人化智能开采的关键,具有广泛的应用前景。而常规的地震数据处理软件不能满足随采地震数据实时、连续不间断、大数据量等要求。通过分析随采地震探测技术的数据处理软件的需求,提出了分层、多任务的随采地震数据处理软件（SWM）的框架体系,并详细介绍了软件框架中各层、各任务的组成成分及其功能。该系统集数据管理、数据展示、数据处理和成果展示于一体,满足随采地震数据实时、连续及大数据量的需求。      

槽波地震探测技术在金家渠煤矿首采工作面断层探查中的应用

为了科学分析评价工作面隐蔽致灾地质因素对开采的影响,有效指导煤矿开采生产,以神华宁夏煤业集团金家渠煤矿110301首采工作面为研究对象,采用煤矿井下槽波地震反射、透射方法对110301工作面内部隐伏构造进行探测,结合工作面实际情况设计了井下槽波地震观测系统,通过对槽波地震数据的采集,应用透射槽波能量成像和反射槽波成像技术分析处理槽波数据,最终查明了金家渠煤矿110301工作面隐伏断层,为工作面安全回采提供了决策依据。     

煤矿井下随采地震探测技术发展综述

煤矿井下地震勘探的炸药震源受火工品管控影响大,且无法实现煤矿开采动力地质灾害的监测预警;随采地震是以采煤机为震源的地震探测新技术。本文回顾了国内外随采地震技术的研究现状,介绍了随采地震的方法原理和独特优势,并开展了一些先导性的试验研究利用。结果表明:采煤机震源具有激发能量强、频带宽、安全绿色经济、可重复等特点,可以作为随采地震探测的被动震源;采煤机震源与炸药震源的地震炮集记录接近,后者单炮信噪比相对较高;随采地震数值模拟、大数据动态处理等关键技术急需协同攻关。尽管随采地震尚处于试验研究阶段,但是它将成为未来透明工作面三维动态地质建模、开采动力地质灾害监测预警等重要手段,代表了今后煤矿智能探测技术的发展方向。      

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。      

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。      

煤矿回采工作面内部不良地质体的多波联合探测CSCD

影响岳南煤矿工作面回采速度的主要因素为煤层上方灰岩富水区域和内部地质隐伏构造。通过采用瞬变电磁法、无线电波透视、槽波地震多种物探方法可以对回采工作面进行透明化探测。探测过程中发现:瞬变电磁法二次波场接收到的感应电压对富水低阻区域较为敏感;观测无线电波透视发射、接收的能量衰减可识别煤层变化区域横向情况;槽波地震的包络振幅、频谱分析与频散曲线综合分析成像,对判别断层走向有良好效果。通过多波场中感应因子对异常区域综合响应特征的识别,并依据多源波场圈定的异常区域进行平面图叠加和综合显现,可有效识别工作面顶板富水区域与煤层内部构造区域的关联情况,清晰判断导水通道情况。试验结果表明,多种物探方法可探明回采工作面内部异常区域并提前预测预报,对今后类似地质条件的探测提供了借鉴依据。     

基于孔间地震细分动态探测的透明工作面方法

透明工作面是煤矿智能开采的重要组成部分,为智能开采提供工作面的详细地质构造信息,提出一种基于孔间地震密集动态探测的透明工作面方法,能够实现工作面的渐进式精细探测。该方法是以采煤机为震源的随采地震方法的进一步发展,主要利用平行于切眼的一系列水平孔对工作面进行细分探测,随着采煤工作的逐渐推进,利用孔间地震方法对细分区域进行精细成像。与已有的随采地震方法比较,本方法具有明显的优点。首先,射线覆盖更加均匀且无盲区。第二,探测区域被细分所以探测精度更高。第三,因为利用地震干涉的"虚"震源方法能得到高信噪比的单炮,可进一步提高探测精度。该方法能够适应智能开采透明工作面的目标要求,有望成为智能开采的重要组成部分。      

随采地震井–地联合超前探测的试验研究

为了对煤矿巷道掘进前方上覆地层的地质异常进行实时超前探测,提出了利用采掘机械为震源、在震源附近布设参考道、在地面接收其透射地震波的井-地联合随采地震方法。在某矿利用采煤机做震源进行了试验,并将试验结果与同一矿井相邻工作面某掘进巷道井下放炮、地面接收的数据做了对比。结果表明:采煤机震源的数据与炸药震源的数据,纵波初至均清晰可辨,能量都较强,横波能量团的可辨识度比较接近。这说明在采掘机械附近布设检波器采集源场信号,在地表布设测线接收透射地震波,能获得与放炮震源相似的地震记录。该技术可用来监视上覆地层在采动过程中的变化,且有潜力实现监控级地震超前勘探。      

矿井分布式地震超前探测系统研究与应用

为探测掘进巷道前方地质构造，研制一套矿井分布式地震超前探测系统。系统基于地震波反射理论，通过检波器分布式接收或震源分布式激发确定地质异常体的位置。为了进一步提高煤矿采掘过程中构造的预测预报精度，采用分布式观测系统和孔中胶囊检波器进行数据采集以提高设备的灵敏度，通过负视速度原理排除侧帮和后方地质异常体的干扰，利用绕射共偏移算法优化数据反演成果。经过大量试验验证和归纳总结，该系统采用人工锤击震源可有效探测出前方70 m范围内的地质异常信息，采用人工炸药激发震源可有效探测出前方150~200 m范围内的地质异常信息。研究结果表明，矿井分布式地震超前探测系统通过从硬件到软件优化，可实现采掘过程中对地质构造的探测精度，并提高探测效率。      

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。      

唐家会煤矿透明地质保障系统构建及示范

唐家会煤矿智能化建设面临导水断层发育、带压开采等制约因素,地质条件不透明成为智能开采的技术瓶颈。唐家会煤矿以奥灰水害防治为重点,采用孔中瞬变电磁、孔间电阻率、随掘地震、随采地震、微震监测5项先进技术,构建了实时动态透明地质保障系统,实现基于透明地质模型的水害防治、快速掘进和智能回采3个目标,以支撑自主截割快速掘进和自主规划智能回采2条智能采掘作业线,其中,随采地震探测技术在61304智能回采工作面超前80 d、344 m发现了SYC1异常区并持续跟踪预报,现已得到回采揭露验证。透明地质保障系统的示范应用,取得了显著的经济效益和社会效益:① 61304工作面解放了受奥灰水威胁近100万t煤炭资源;② 61302快速掘进工作面的进尺由原来的260 m/月提高到352 m/月;③ 61304智能开采工作面日常用工减少70%。      

Advanced techniques in site characterization and mining hazard detection for the underground coal industry

Today's highly productive coal mining systems represent large capital investments. Careful geotechnical planning and design are essential to protect these systems and to help ensure their overall success. Too often, however, the ability of the mine operator to adequately characterize the geotechnical environment and keep up with changing geologic conditions lags the advance rate of the mining equipment. Seismic tomographic imaging, based on the same principles as medical Computer-Aided-Tomography (CAT) Scans, offers the ability to identify changing geologic conditions, loading patterns, and the location of nearby abandoned mine workings. Although seismic tomography has been used for many years in the oil industry, until recently its practicality in the mining industry has been limited because the processes involved interfered with mining productivity and were labor-intensive in terms of data collection and interpretation. New advancements in signal processing have greatly enhanced the speed, resolution, and range of applications of tomographic imaging in underground coal mine settings.Many tomography applications in the mining industry use seismic velocity and/or attenuation tomography within a volume enclosed by the seismic source and receiver array. Although results obtained using this geometry work well in many situations, recent developments in reflection tomography show promise in eliminating the requirement that the target volume be surrounded by sources/receivers. For example, in-seam seismic reflection tomography may now be used to image structures and/or old workings from one general location in the mine (e.g., face areas of mains and panel developments) well ahead of planned developments—largely eliminating the need to probe-hole drill on regular intervals. These new developments have greatly expanded the ability of the mine operator to cost-effectively characterize previously inaccessible areas of the property.This paper gives an overview of the theories and processes involved in seismic tomography applicable to coal mine settings. Recent examples are presented of tomographic imaging applied to a variety of coal mine ground control problems and old works detection in the United States and Europe. The applicability of both seismic refraction and seismic reflection tomography is discussed.