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。     

槽波地震勘探在煤矿大型工作面的应用

以陕北某煤矿大型工作面槽波地震工程为例,开展了超大型工作面内断层的槽波地震探测技术研究。槽波探测采用全排列接收,最大限度地保障了槽波信息的获得。根据得到的槽波记录数据以及CT成像结果,解释了工作面内断层的发育情况,与后期巷道揭露情况基本吻合。槽波地震勘探在大型工作面的成功应用,可为矿井实现盘区勘探提供技术支持。     

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。     

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。     

槽波地震勘探的数学模型研究

为研究槽波的形成及地震时间剖面上的表现规律，利用非均匀各向同性介质的波动方程，应用有限差分法进行求解并编制了计算程度，给出了一个3层不对称模型的两分量计算结果实例。     

槽波地震法特殊观测系统设计的探讨

系统地总结了该观测系统设计的原则、类型、方法及其独特的应用。

     

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。     

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。     

煤矿开采工作面内小构造预测研究

通过实例研究,认为采煤工作面内有地质小构造(小断层或小褶皱)时,会导致两条回采巷道中线水平间距或者高程差发生变化。这种变化可以从两条巷道中线水平间距或者曲线图反映出来,曲线图上的拐点即为小构造出现的位置或尖灭点。由此预测小构造在工作面上的展布情况,并利用曲线下“凹”或上“凸”的特征,初步预测隐伏小构造的性质。     

矿井无线电波透视法在唐家会矿井61101工作面隐伏断层探测中的应用

选择310 kHz作为YDT175型无线电波透视仪的工作频率,采取恰当的抗干扰方法,对准格尔煤田唐家会矿井61101首采工作面隐伏断层进行了探测试验,使用无线电波透视CT软件对采集数据进行反演处理与显示。结果在工作面回风巷770~1 370 m段发现3处电磁波衰减带,解释为断层。经已有地质资料以及巷道实际揭露验证,这3处衰减带内的确存在3条正断层,说明选择适当的无线电波透视频率能够较可靠地探测工作面隐蔽地质异常体,无线电波透视法是保障矿井工作面安全高效生产的有效技术。     

岩层变形与破坏电法测试系统研究

利用井下钻孔电阻率法可以动态获得煤层采动过程中上覆岩层变形与破坏发育规律,根据采动进度测取不同时期岩层电场变化特征,可对岩层变形与破坏规律进行全面的分析研究。受现场测试条件所限,顶板单一钻孔所测得的数据具有全空间效应,因此,对岩层破坏定位存在一定的影响,从而降低了对覆岩破坏发育规律的认识能力。通过模型试验及现场测试效果对比,改进单孔电阻率测试方法,采用孔-巷间电阻率CT测试系统,进一步提升了原单一钻孔电法系统数据采集约束性,为电阻率分布反演及“两带”高度判定奠定基础。实际应用结果表明,孔巷电阻率CT测试图像清楚,对岩层受采动影响的破坏特征反应灵敏,提升了对岩层变形与破坏发育的解释能力。     

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。     

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\     

矿井巷道地球物理方法超前探测研究进展与展望

矿井直流电阻率法具有施工效率高、成本低的特点,广泛应用于煤矿掘进工作面水害超前探测。随着应用的不断深入,对矿井直流电阻率法超前探测信号处理方法提出了更高的要求。基于有限元方法和数据重构所得响应信息库,采用Levenberg-Marquardt人工神经网络方法实现了矿井直流电阻率法超前预测。首先采用非结构网格剖分和BiCGSTAB迭代有限元法建立了直流电阻率法超前探测模型,基于EMD方法实现数值计算响应与实测响应匹配,并提出了基于异常体超前距离与其异常率的预测机制,得到3 000组23维重构响应;然后,采用L-M算法构建了人工神经网络模型;最后,基于训练好的网络对数值计算响应和实测数据进行预测分析。研究表明：针对数值模拟响应,基于L-M人工神经网络的矿井直流电阻率法超前预测方法可有效预测100 m范围内的水害异常,预测网络均方误差为0.002 47,测试样本显示最大距离误差小于0.6 m;针对实测数据发现,该神经网络在全区段预测准确率为67%,当预测异常位置在15~80 m时预测准确率超过85%,基于L-M算法的人工神经网络可应用于直流电阻率法超前预测。研究成果对煤矿井下掘进工作面直流电阻率法超前探测方法的完善与推广应用有重要意义。

     

小倾角钻探工艺技术在绿色勘查中的应用

以钻代槽是覆盖区解决矿产勘查与生态环境保护间矛盾的有效技术手段,针对目前浅层取样技术在覆盖区应用过程中存在的问题,综合国内外先进的地表勘查用便携式取样钻探设备和工艺技术方法,结合生态文明建设和绿色勘查的要求,开展小倾角（≤30°）钻探工艺技术研究,采用全液压便携钻机、铝合金底枕、锚管固定、泵送内管总成和打捞器取心、跟管护壁、全倾角测斜等相结合的钻探工艺技术方法,并取得成功应用。     

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。      

综合物探技术在两水滑坡勘察中的应用

滑坡是地质灾害中最常见的、分布范围最广,产生危害最严重的一种。结合工区地质情况和地球物理特征,本文选用了高密度电法、瑞雷波法以及地震映像法在滑坡区进行研究和应用。研究表明,相比常规的勘察手法,采用综合物探方法对滑坡进行勘察,实验表明:高密度电法对地下的电性分布有较好的的反映,但无法直接判断滑动面的几何形态;地震映像法能够较为直观的反映地下弹性界面的起伏情况,对不良地质现象反映明显;瑞雷波法对浅层有较高的分辨率,可以不受地层速度的干扰,能够较详细的探测滑坡体的内部情况。不仅解决了单一物探结果的多解性问题,提高了结果的准确性,而且工作效率高、相对成本较低。