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。     

槽波地震勘探研究进展

槽波地震勘探技术经过长期发展与完善，在探测煤层内部构造发育、煤层厚度变化、夹矸分布形态等方面均取得了较为可靠的效果。为全面系统地了解槽波地震勘探技术，促进槽波地震勘探技术的发展，回顾了槽波地震勘探技术现状。首先，简述槽波地震勘探的原理；然后，依据槽波地震勘探的流程，按照震源激发、信号采集、预处理、信号提取、数据处理与分析的步骤，对相关技术的工作原理及方法进行分类整理，并对不同震源激发形式、信号提取方式以及数据处理技术做了对比分析；最后，系统总结了槽波地震勘探技术在煤厚分析、夹矸判别、构造识别等方面的工作和应用现状。目前，煤矿井下槽波地震勘探技术存在一定的局限性，探测精度等难以满足地质探测需求，今后，开发槽波雷达提高槽波地震勘探的精度是一个很好的发展方向。      

基于EMD算法的煤层透射槽波信号提纯

透射槽波勘探是井下地震勘探的主要方式之一,具有探测范围大、准确率高等优点。然而井下地震信号信噪比低,远偏移距槽波信号易被噪声所淹没而无法识别,为槽波的后续处理与解释带来困难。针对这一问题．采用EMD算法对原始信号进行分解,选取并增强分解结果中的有效信号,从而实现槽波信号的提纯。实际工程中的应用效果表明,经过提纯后的地震数据,具有较少的噪声成分和较为清晰的槽波波列。     

新型煤矿井下单分量无缆地震仪研制

槽波地震勘探技术具有探测范围广、准确率高的特点,在煤层地质构造的精细化勘探中作用越来越重要,但当前地震勘探装备多数体积笨重、施工布设大量线缆,效率低下,施工成本较高,严重制约了煤矿井下高精度槽波地震勘探技术的发展。针对上述问题,借鉴节点式地震仪的设计理念,将动圈检波器与采集控制电路、时间精度保持电路以及电源电路一同集成在一个完整的腔体中,省去大线传输,观测系统灵活、无约束,解决煤矿井下复杂工况环境下多道数地震数据采集的问题。并设计授时同步装置,通过GPS授时与温补晶振相结合的时钟机制,解决各个采集单元间的时间同步性问题,实现采集系统的小型化、轻量化、高集成度化。经过实验室及现场测试,各项性能指标均满足设计要求。      

矿井下探测含水导水构造的物探方法

煤矿井下用物探方法探测含水、导水构造，是保障大水矿井安全生产的有效方法。本文就槽波地震、瑞雷波勘探、井下直流电法、坑道无线电波透视法和矿井雷达等方法在井下的实际应用前景作了简要介绍，可供不同条件矿井下合理选择。     

煤矿地质灾害的弹性波探测技术

断层、老窑、陷落柱和煤层缺失等地质异常是煤矿潜在的地质灾害,因地质异常不清造成事故和生产停顿的事,在煤矿时有发生。我们根据弹性波对不同地质体之间密度和波传播速度等物性差异的敏感性,分析了纵波、横波、瑞利波和槽波在地层中的传播特性,研究了弹性波地震探测技术。包括探测仪器研制、资料采集和数据处理技术研究。并应用该技术从地面、井下巷道和工作面侧壁,在许多煤矿进行地质异常探测试验,取得明显效果,为煤矿建井、掘进和开采提供了可靠的地质保障,并为煤矿装备了有力的探测手段。      

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。      

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。     

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。      

泥浆脉冲式随钻测量系统在高位定向孔中的应用

近年来,煤矿井下随钻测量系统由于其效率高、精度准的优点,已被广泛应用于煤矿瓦斯治理、地质构造勘探及水害防治中。通过在山西临汾市德通煤业现场实际应用泥浆脉冲随钻测量系统,对比中心通缆式测量装置与泥浆脉冲测量装置的精度和效率,证实新型泥浆脉冲仪器钻进效率高、节约成本、工作稳定,具有高安全性和可靠性的特性。可在高位定向孔中推广应用。     

Application of Gaussian Beam Summation Migration in Reflected In-seam Wave Imaging

The geological conditions for coal mining in China are complex, with various structural issues such as faults and collapsed columns seriously compromising the safety of coal mine production. In-seam wave exploration is an effective technique for acquiring detailed information on geological structures in coal seam working faces. However, the existing reflected in-seam wave imaging technique can no longer meet the exploration precision requirements, making it imperative to develop a new reflected in-seam wave imaging technique. This study applies the Gaussian beam summation (GBS) migration method to imaging coal seams'' reflected in-seam wave data. Firstly, with regard to the characteristics of the reflected in-seam wave data, methods such as wavefield removal and enveloped superposition are employed for the corresponding wavefield separation, wave train compression and other processing of reflected in-seam waves. Thereafter, imaging is performed using the GBS migration technique. The feasibility and effectiveness of the proposed method for reflected in-seam wave imaging are validated by conducting GBS migration tests on 3D coal-seam fault models with different dip angles and throws. By applying the method to reflected in-seam wave data for an actual coal seam working face, accurate imaging of a fault structure is obtained, thereby validating its practicality.     

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。      

天然源槽波勘探的可行性研究

常规炸药震源在高瓦斯矿井受到了十分严格的管制,迫切需要一种新型非炸药震源的槽波勘探方法作为替代。基于此,开展了矿井中天然源槽波勘探方法的可行性实验研究。通过理论分析和数值模拟实验,论证了煤层具备天然源槽波发育的地球物理基础。通过构建“三随机”天然源槽波模型,即震源的空间位置随机、震源初始激发时刻随机和震源的振幅随机,成功实现了天然源槽波的时间域数值模拟实验。采用相移法对天然源槽波数值模拟数据进行了频散谱计算,结果具有明显的频散特征。数值模拟实验结果证明了理论模型中天然源槽波的存在,且基阶和高阶形态均发育。在安徽淮南某煤矿工作面进行实测实验,成功采集到天然源槽波三分量数据,对实测数据进行频散谱计算,结果表明3个分量均具备频散特征,其中X分量频散曲线能量脊较为清晰,达到了验证天然源槽波存在的预期目标。总的来说,数值模拟结果表明天然源槽波的地球物理基础和形成机理是正确的,现场实验结果证明了天然源槽波在煤层中自然存在,该方法在矿井地质勘探中具有可行性和潜力。     

煤矿井下随掘地震震源特征及探测性能研究

煤矿智能化背景下,随掘地震已经成为掘进工作面安全掘进的地质保障关键技术之一,可实时、超前、精细探明掘进前方的隐蔽地质构造,如采空区、断层、陷落柱等,有效促进掘进生产安全高效。不同于广泛采用的反射槽波超前探测技术,随掘地震采用了掘进机掘进时震动信号作为激发源,替代了常规地震勘探中的炸药震源,具有震源绿色、安全、成本低、可重复、探掘同步等优点。由于掘进机震源在激发方式、能量、频率、带宽等方面与炸药震源差别较大,因此其探测性能受到很多关注。从随掘地震的震源机制、波场特征、传播距离、成像准确率等方面进行研究,详细分析其探测性能,认为随掘地震波场中槽波和横波发育,可利用槽波或横波进行超前探测;Y分量具有更好的信噪比优势,但在实际应用时考虑到反射面的走向,相同设备量情况下,Z分量更有优势;随掘地震的直达横波传播距离可达700 m以上,横波超前探测距离可达到300 m以上;随掘地震的直达槽波传播距离可达400 m 以上,槽波超前探测距离可达到170 m以上;常规掘进速度下,反射波叠加次数可达到16次,相比常规的一次探测,信噪比可提升4倍,有效提高了探测精度和准确度。后续将通过大量的随掘应用数据进一步修正随掘地震技术的性能参数。      

反射槽波探测技术中速度分析方法研究

在巷道掘进过程中,利用反射槽波探测技术探查巷道侧帮构造发育情况,并准确解释槽波波阻抗反射界面的位置对矿井生产意义重大,但现阶段反射槽波地震解释断层的位置常存在偏差,主要原因是数据处理阶段选取速度存在较大误差。为降低反射槽波速度选取误差,系统分析国内13个煤矿15个煤层的槽波速度特征,总结出反射槽波速度与直达槽波、透射槽波速度的关系。研究发现反射槽波速度高于直达槽波速度3%~12%;低于透射槽波速度1%~6%。将其研究成果引入山西某矿反射槽波探测项目,槽波解释断层位置与探巷揭露位置偏差仅为3 m,取得了较为理想的应用效果。该研究为进一步提高反射槽波探测精度提供了新思路。      

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。      

槽波技术在阳泉矿区地质异常体探测中的应用研究

通过回顾近几年槽波地震探测技术在阳泉矿区的发展历程及应用情况,总结阳泉矿区槽波发育特征,详细分析阳泉矿区发育的断层、陷落柱等地质异常体的槽波探测效果,并对各区域矿井槽波特征进行总结,针对发育不同构造的矿井,分析总结相应的槽波传播规律和解释方法。结果表明:槽波探测工作面在阳泉矿区达到200多个,在15号煤层探测应用最多,达到58个工作面,主要解决断层、陷落柱、挠曲、顶底板破碎带等地质异常体的探测问题,探测结果总体准确率在82.2 %以上;阳泉矿区槽波发育特征:3~6 m煤厚槽波发育中等至良好,煤厚小于2 m的晋南地区,槽波发育一般;槽波Airy相速度960~1 000 m/s,不同地区速度相差不大;Airy相频率与煤厚相关,煤层越厚,Airy相频率越低;相同煤层中,槽波Airy相速度与频率相差不大;根据回采验证情况,不同煤层及地区,探测效果差别较大;对槽波探测不同地质异常体的问题,从数据采集、处理与综合解释上给出了建议;今后需进一步加强槽波对构造煤、瓦斯富集区、应力异常等地质灾害的探测研究,深化槽波在地质保障领域的应用范围,为矿井安全生产及工作面透明化提供可靠的地质保障。      

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。