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。     

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。     

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。     

随采地震噪声衰减研究

鉴于煤矿井下环境的封闭性及对安全生产的高要求特点,炸药震源在煤矿井下地震勘探施工中存在众多局限性,而以采煤机作为震源可以规避炸药震源的许多固有缺陷,具有可以在不影响回采工作面正常作业的情况下对工作面内部构造及应力开展实时探测的优势。但由于采煤机产生的能量远小于炸药震源,因此采集到信号的质量通常受到环境噪声影响,通过分析大量实际数据发现噪声中能量占比较多的为单频噪声和随机噪声,严重影响探测精度。为提高随采地震数据信噪比,提出了同时衰减单频噪声和随机噪声的方法,首先基于互相关技术在构建常规炮集记录的同时衰减单频噪声,然后通过小波变换衰减随机和残余单频噪声,通过模拟数据和实际数据证实,该方法可以在很大程度上提高信号的信噪比。     

随采地震数据质量定量评价

在采煤工作面布设了随采地震监测系统后,为了自动筛选实时不间断传输回地面的巨量地震数据,利用采煤机积极割煤时,各接收道收到的信号相关性强,反之则弱这一特点,提出了一种自动定量化评估随采地震数据质量的方法。对内蒙某矿随采地震数据进行了处理,结果证明该方法能有效识别出单道的相关能量峰,对数据质量定量评价的效果很好。利用此法筛选了贵州某矿随采地震监测数据,将优选数据叠加后,数据的信噪比得到了明显的改善,相关能量轴明显增强。该方法可从海量随采地震数据中快速筛选出高质量的数据,大幅缩减进一步处理的工作量,改善处理效果。     

“蓝牙”技术与数字地震监测

“蓝牙”技术是一种无线数据与语音通信的开放性全球规范 ,它以低成本的近距离无线连接为基础 ,为固定与移动设备通信环境建立一个特别连接。它将给数字遥测地震台网的通讯技术带来一场新的革命。本文通过介绍“蓝牙”技术的基本原理 ,分析数字遥测地震台网的通讯要求 ,展望“蓝牙”技术在地震台网中的应用前景。     

地震监测钻井设计及工艺研究

采用井下地震仪可监测到许多地面地震台未记录到的微弱地震波;井下地层形变观测可以摆脱地表的天然及人为干扰,使观测数据更加真实地反应地层变化情况,可大幅度提高震源定位精度。本文结合实际工程对地震监测井的设计、钻井和固井的工艺技术进行了分析研究。针对地震监测井的特殊要求,采用了钻井综合防斜保直技术和分层注浆固井新工艺,使所建地震监测井的垂直度和固井质量都达到了优良,为获取精准的地震监测数椐提供了基本保障。     

孔—巷联合随采地震相关时差层析成像

煤矿井下回采工作面随采地震技术将采煤机作为震源,实现了动态精准、绿色智能探测的技术构想,可用于工作面内部静态地质异常体与开采动力地质灾害的超前探测。针对常规随采地震观测系统存在的成像盲区问题,提出孔–巷联合的随采地震观测系统设计方案,有效提高成像范围;基于地震干涉原理,采用频率域相关算法,对随采地震信号进行脉冲化处理,获得随采地震等效炮集;为解决随采地震CT层析成像中绝对走时难以获取的问题,提出直接利用相关时差进行CT层析成像的方法,求解过程中无需计算发震时刻,降低对初始速度的依赖。理论模型和实际资料测试结果表明:孔–巷联合观测系统有效扩大了成像范围;基于相关时差的随采地震层析成像方法可以对工作面内部进行速度成像,实现对静态地质异常体的探测;利用随采地震连续监测、动态成像的特点,还可实现对工作面内由于采动引起的应力集中区的实时动态监测,对工作面安全监测更有意义。      

河北平原区地震监测井成井技术

井下地震监测可减少地面噪声干扰、提高地震监测精度。介绍了河北平原区地震监测井的设计以及成井、下管、固井等的关键工艺方法,在工程施工中采用合理的成井工艺、封底下管、管外固井等技术,满足了监测井的特殊要求。     

CO2地质储存的地震监测

主要阐述了CO2隔离技术的基本思路和CO2地中隔离的主要方式,在此基础上提出了CO2煤层中隔离的可行性和隔离机制的分析方法,分析了CO2地质储存的重点研究问题及研究思路,评价了地震监测方法在CO2地质储存检测中的有效性。     

地震采集观测系统设计及图形绘制软件的研制和使用

这里主要研究地震采集观测系统设计和图形绘制的计算机软件实现问题。到目前为止,许多的地震数据处理软件包以及专门的观测系统设计软件等都能够实现观测系统图形的显示与输出。但这些观测系统图形基本上是极为简单的显示,对图形不能进行一些个性化的设置,而能够真正用于野外队绘制观测系统成果图的软件却没有,观测系统图形仍然处于手工绘制的阶段。鉴于这种情况,利用VISUAL C 6.0研制了一个观测系统设计和图形绘制软件。该软件绘制的图形不但能基本满足目前观测系统的成图规范,还能根据需要进行合理化的设置。从而可以将观测系统图形的手工绘制转为计算机绘制,并方便地利用打印机或用绘图仪输出,大大提高了绘制观测系统的效率和准确性。经实际应用效果较好。     

高精度三维地震数据采集技术在TBM探区的应用

鄂尔多斯盆地北部TBM探区表层地震地质条件较为复杂,低降速层主要为流沙、含水沙层及黄土层,厚度横向变化较大,潜水面变化不定。储层非均质性强,有效储层薄,储层与煤层伴生,严重制约了本区天然气勘探开发步伐。为了解决目前勘探开发所面临的实际问题,在TBM探区部署并实施了100km²的高精度三维地震数据采集,针对探区的地震地质特点和难点,开展了攻关和试验。在高精度三维地震数据采集中,通过观测系统优化、虚反射界面分析和利用、激发岩性优选、试验资料功率谱面积和频宽收敛分析等技术的综合运用,确定了合适的三维观测系统和激发因素,取得了较好的效果。     

水工监测软件开发中数据库和数据结构设计问题

针对水电工程监测软件系统开发,讨论了系统总体设计、数据库和数据结构设计以及系统界面架构方面的一些共性问题,提出用7种属性对象来描述水工建筑物和观测仪器之间,以及各水工建筑物之间复杂的从属关系,介绍了实现这些关系的数据库表和相关数据结构;讨论了采取单文档和多窗口视界面的优点、可变大小的整编数据结构、软件容错、设置多个初值日期和更换传感器所带来的数据结构设计等问题。这些讨论对于开发监测系统软件是很有益的。     

微地震监测数据压缩技术

微地震监测数据海量,给数据的长距离实时无线传输带来了很多困难,而且还占用很多磁盘空间。笔者首先采用自适应阈值的STA/LTA算法,选取合适的特征函数,从海量的监测数据中自动快速准确地识别微地震有效信号;然后准确确定有效信号的起止时间,完整地截取有效信号的波形数据,去除大量冗余数据,使得数据减少为原来的20%以下;最后再采用STEIM2算法对截取后的有效信号进行压缩,使监测数据的压缩比达到10∶1。研究结果表明:该方法能够通过去除冗余数据和无损压缩,大幅减少微地震监测数据的传输量,使得最终的数据仅为原数据的10%,从而减少了微地震监测数据的长距离无线实时传输困难,同时也减少数据存储所需要的磁盘空间,取得了较好的应用效果。     

海量拟震法三极数据探测采煤裂隙带高度

为了摆脱井下巷道数据采集的时空限制,准确高效地探测出采煤裂隙带的发育高度,模拟地震勘探时的数据采集方式,即:单个电极供电时一系列电极同时进行测量,从而获得的视电阻率数据量相对于高密度电法来说是随着所布电极数量的增加而成二次抛物线增长。在淮南某矿井工作面的上方孔中布置了64根观测电极及2根无穷远电极,从而获得的电法数据量是高密度电法的1000多倍。通过对所采拟震法三极视电阻率数据的分析与对比,结合该矿的具体地质情况,认为拟震法三极视电阻率数据清晰地反映了工作面采煤裂隙带的发育高度。拟震法三极视电阻率凭借其海量的数据为准确有效地探测采煤裂隙带高度提供了坚实的保证。     

矿井槽波地震数据处理系统GeoCoal软件开发与应用

定位于矿井槽波地震勘探,开发一套针对槽波地震数据的处理解释平台,以期推动矿井槽波地震勘探技术更好地为煤矿安全生产服务。构建了软件设计架构,介绍了软件主要子系统和每个子系统包含的功能模块和软件运行环境,最后进行了部分软件界面和成果的展示。     

地下厂房监测信息管理、预测系统的设计与应用

介绍了水电站地下厂房监测信息管理、预测系统软件的设计思想和功能。该软件能够全面存储、分析处理、检索与监测有关的测试数据、地质、地物和施工设计信息等资料,并且具有图形可视化、报表制作、监测数据建模及预测等功能;系统功能齐全,具有自主版权,其总体设计、数据库设计以及系统架构设计合理,有助于实现地下厂房的信息化施工和反馈。     

地震资料采集监控及评价系统的开发

介绍了开发地震资料采集监控及评价系统的必要性,详细地论述了系统包含的各部分功能以及在实际生产中针对不同地区不同资料的使用方法。使用该系统进行计算机自动化监理评价,可以极大地提高监理评价工作的效率。该系统的成功开发,为规范和提高地震资料监理质量提供了技术保障。