專利名稱：以切割震動為地震信號的煤礦工作面探測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于煤礦井下工作面超前勘探技術(shù)領(lǐng)域，涉及ー種以切割震動為地震信號的煤礦工作面探測方法。
背景技術(shù)：
采煤工作面內(nèi)部的采空區(qū)、小斷層、陷落柱等小 異常構(gòu)造的實(shí)時探査，對于預(yù)防災(zāi)害事故的發(fā)生以及經(jīng)濟(jì)合理的設(shè)置采煤方案至關(guān)重要。采空區(qū)和斷層等小構(gòu)造的存在，破壞了煤層的連續(xù)性，影響井巷圍巖的穩(wěn)定性，而且會形成良好的導(dǎo)水通道(尤其是陷落柱)或瓦斯儲積場所，成為煤層頂?shù)装逋凰屯咚雇怀龅臐撛谖ｋU。隨著礦井機(jī)械化采煤的發(fā)展，斷層、陷落柱等對采煤機(jī)械的妨害成了ー個凸出問題，綜采工作面的生產(chǎn)能力和效益在很大程度上依賴于小構(gòu)造的實(shí)時精細(xì)探査。實(shí)際生產(chǎn)中，高分辨率的煤礦采區(qū)三維地震勘探和鉆探要發(fā)現(xiàn)這些小構(gòu)造都比較困難。槽波勘探是最有效的探測方法之一，具有探測距離大、精度高、抗干擾能力強(qiáng)、波形特征較易于識別以及最終成果直觀的優(yōu)點(diǎn)，尤其在探測精度和距離上優(yōu)于其他煤礦井下勘探方法。不過槽波勘探方法還有ー些局限性探測時需要中止采煤作業(yè)；需要提供人工震源，在煤礦的高安全要求下，使用炸藥不夠安全，使用錘擊能量又有局限。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所解決的技術(shù)問題是提供ー種不打擾采煤作業(yè)；震源能量高，無噪音；不需要炸藥等可能帶來危險的材料；能夠?qū)崟r探測的以切割震動為地震信號的煤礦工作面探測方法。為解決上述的技術(shù)問題，本發(fā)明采取的技術(shù)方案
一種以切割震動為地震信號的煤礦工作面探測方法，其特殊之處在于通過以下步驟實(shí)現(xiàn)
(1)、數(shù)據(jù)采集
在工作面兩邊的回風(fēng)巷和運(yùn)順巷布置檢波器，回風(fēng)巷噪音水平低且安裝檢波器容易，因此測線的道間距小，道數(shù)多；運(yùn)順巷噪音大且有運(yùn)輸皮帶阻擋，只在靠近掌子面的地方安裝ー個檢波器記錄參考信號，機(jī)械開始工作時，采集系統(tǒng)也同時啟動；
(2)、數(shù)據(jù)處理
A、首先建立觀測系統(tǒng)，輸入采煤機(jī)和檢波器坐標(biāo)，進(jìn)行在線監(jiān)測和數(shù)據(jù)采集；
B、利用地震干渉技術(shù)把采煤機(jī)切割震動轉(zhuǎn)化為需要的有效地震信號當(dāng)采煤機(jī)在靠近運(yùn)順巷ー邊時，運(yùn)順巷接近掌子面的檢波器記錄就是源信號，可作為參考信號與回風(fēng)巷測線記錄進(jìn)行互相關(guān)地震干涉處理，即求參考信號與測線記錄的互相關(guān)函數(shù)，得到從采煤機(jī)透射到回風(fēng)巷各道類似脈沖炮集的透射波；利用反褶積方法壓縮子波，提高時間分辨率；
C、成像隨著采煤機(jī)向終采線方向推進(jìn)，相當(dāng)于炮點(diǎn)位置向前推進(jìn)，射線在工作面內(nèi)交叉覆蓋，因而可進(jìn)行兩種CT成像，一種是根據(jù)到時差進(jìn)行速度CT成像，ー種是根據(jù)透射槽波能量強(qiáng)弱計算槽波透射系數(shù)，進(jìn)行振幅CT成像；
(3)、資料解釋直接利用透射系數(shù)就可以判斷ー些大的構(gòu)造，如錯斷了煤層的斷層和陷落柱等可阻斷槽波透射的構(gòu)造；根據(jù)CT圖像可圈定ー些不能阻斷槽波，但能造成波速變化的陷落柱、老窯巷道等，綜合繪出工作面地質(zhì)構(gòu)造解釋圖。上述的地震干涉處理依次進(jìn)行互相關(guān)干涉、反褶積處理。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)
I、不打擾采煤作業(yè)，檢波器安裝在巷道的側(cè)壁上，對煤礦的正常作業(yè)無任何影響。數(shù)據(jù)采集不需要中止采煤作業(yè)，因?yàn)楸痉椒ň褪且言胍艮D(zhuǎn)化為信號。2、震源能量高，無噪音，煤礦機(jī)械切割煤層發(fā)出強(qiáng)烈的地震波，還可以通過一定時間的疊加進(jìn)行積累，能量很高，因?yàn)閺?qiáng)噪音被轉(zhuǎn)化為強(qiáng)信號，得到的單炮記錄非常干凈，幾·乎沒有噪音。3、不需要炸藥等可能帶來危險的材料。4、實(shí)時探測，因?yàn)椴恍枰兄共擅鹤鳂I(yè)，震源又能夠?qū)崟r提供，信號可以實(shí)時處理，最終使得實(shí)時探測成為可能。


圖I本發(fā)明的采煤機(jī)直達(dá)地震波的工作面透射；
圖2本發(fā)明的采煤工作面記錄干涉產(chǎn)生的透射單炮集。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。本發(fā)明通過以下步驟實(shí)現(xiàn)
(1)、數(shù)據(jù)采集
在工作面兩邊的回風(fēng)巷和運(yùn)順巷布置檢波器，回風(fēng)巷噪音水平低且安裝檢波器容易，因此測線的道間距小，道數(shù)多；運(yùn)順巷噪音大且有運(yùn)輸皮帶阻擋，只在靠近掌子面的地方安裝ー個檢波器記錄參考信號，機(jī)械開始工作時，采集系統(tǒng)也同時啟動；
(2)、數(shù)據(jù)處理
A、首先建立觀測系統(tǒng)，輸入采煤機(jī)和檢波器坐標(biāo)，進(jìn)行在線監(jiān)測和數(shù)據(jù)采集；
B、利用地震干渉技術(shù)把采煤機(jī)切割震動轉(zhuǎn)化為需要的有效地震信號當(dāng)采煤機(jī)在靠近運(yùn)順巷ー邊時，運(yùn)順巷接近掌子面的檢波器記錄就是源信號，可作為參考信號與回風(fēng)巷測線記錄進(jìn)行互相關(guān)地震干涉處理，即求參考信號與測線記錄的互相關(guān)函數(shù)，得到從采煤機(jī)透射到回風(fēng)巷各道類似脈沖炮集的透射波；利用反褶積方法壓縮子波，提高時間分辨率；
C、成像隨著采煤機(jī)向終采線方向推進(jìn)，相當(dāng)于炮點(diǎn)位置向前推進(jìn)，射線在工作面內(nèi)交叉覆蓋，因而可進(jìn)行兩種CT成像，一種是根據(jù)到時差進(jìn)行速度CT成像，ー種是根據(jù)透射槽波能量強(qiáng)弱計算槽波透射系數(shù)，進(jìn)行振幅CT成像；
(3)、資料解釋直接利用透射系數(shù)就可以判斷ー些大的構(gòu)造，如錯斷了煤層的斷層和陷落柱等可阻斷槽波透射的構(gòu)造；根據(jù)CT圖像可圈定ー些不能阻斷槽波，但能造成波速變化的陷落柱、老窯巷道等，綜合繪出工作面地質(zhì)構(gòu)造解釋圖。上述的地震干涉處理依次進(jìn)行互相關(guān)干涉、反褶積處理。
互相關(guān)干涉處理方法是可控震源處理掃頻信號的ー種常用方法，就是求震源信號與測線記錄的互相關(guān)函數(shù)，可以達(dá)到把長的掃頻子波壓縮為脈沖子波的作用。采煤機(jī)信號是ー種寬頻的連續(xù)波列，與掃頻信號類似，利用互相關(guān)干涉可以壓縮為脈沖子波。反褶積是廣泛用于地震勘探的一種提高信號時間分辨率的方法，處理方法類似于維納濾波。實(shí)施例I:
I)在回風(fēng)巷和運(yùn)順巷的側(cè)壁上布置檢波器(圖1)，檢波器采用專門設(shè)計的對接頭對接到煤層中心或接近中心的錨桿露頭上，周圍用螺帽擰緊固定，檢波器道間距一般11m。2)檢波器、大線、儀器等布好后，在采煤機(jī)開始切割工作吋，啟動記錄系統(tǒng)，數(shù)據(jù)實(shí)時傳輸?shù)教幚頇C(jī)上。3)對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，首先建立觀測系統(tǒng)(圖I )，利用地震干涉技術(shù)把機(jī)械噪音轉(zhuǎn)化為有效地震信號，對數(shù)據(jù)做初步處理自適應(yīng)濾波，消除巷道型面波；地震干涉處理，將連·續(xù)震動信號轉(zhuǎn)化為脈沖信號炮集；帶通濾波，分離出高信噪比的槽波；自動增益控制；讀取到吋。然后，對于工作面探測，通過槽波能量強(qiáng)弱計算槽波透射系數(shù)，采用透射系數(shù)成圖法進(jìn)行成像，用振幅CT成像法進(jìn)行成像。4)資料解釋，根據(jù)成像結(jié)果結(jié)合工作面巷道揭露的地質(zhì)異常資料，綜合判定工作面內(nèi)的斷層、陷落柱等地質(zhì)異常，繪出工作面地質(zhì)構(gòu)造解釋圖。應(yīng)用實(shí)例
某工作面長3000m，寬300m，平均煤厚7m。檢波點(diǎn)共30個，道間距11m。利用互相關(guān)干涉由16秒的數(shù)據(jù)得到了ー個透射單炮記錄，如圖2，初至非常清楚。
權(quán)利要求
1.一種以切割震動為地震信號的煤礦工作面探測方法，其特征在于通過以下步驟實(shí)現(xiàn) (1)、數(shù)據(jù)采集 在工作面兩邊的回風(fēng)巷和運(yùn)順巷布置檢波器，回風(fēng)巷噪音水平低且安裝檢波器容易，因此測線的道間距小，道數(shù)多；運(yùn)順巷噪音大且有運(yùn)輸皮帶阻擋，只在靠近掌子面的地方安裝一個檢波器記錄參考信號，機(jī)械開始工作時，采集系統(tǒng)也同時啟動； (2)、數(shù)據(jù)處理 A、首先建立觀測系統(tǒng)，輸入采煤機(jī)和檢波器坐標(biāo)，進(jìn)行在線監(jiān)測和數(shù)據(jù)采集； B、利用地震干涉技術(shù)把采煤機(jī)切割震動轉(zhuǎn)化為需要的有效地震信號當(dāng)采煤機(jī)在靠近運(yùn)順巷一邊時，運(yùn)順巷接近掌子面的檢波器記錄就是源信號，可作為參考信號與回風(fēng)巷測線記錄進(jìn)行互相關(guān)地震干涉處理，即求參考信號與測線記錄的互相關(guān)函數(shù)，得到從采煤機(jī)透射到回風(fēng)巷各道類似脈沖炮集的透射波；利用反褶積方法壓縮子波，提高時間分辨率； C、成像隨著采煤機(jī)向終采線方向推進(jìn)，相當(dāng)于炮點(diǎn)位置向前推進(jìn)，射線在工作面內(nèi)交叉覆蓋，因而可進(jìn)行兩種CT成像，一種是根據(jù)到時差進(jìn)行速度CT成像，一種是根據(jù)透射槽波能量強(qiáng)弱計算槽波透射系數(shù)，進(jìn)行振幅CT成像； (3)、資料解釋直接利用透射系數(shù)就可以判斷一些大的構(gòu)造，如錯斷了煤層的斷層和陷落柱等可阻斷槽波透射的構(gòu)造；根據(jù)CT圖像可圈定一些不能阻斷槽波，但能造成波速變化的陷落柱、老窯巷道等，綜合繪出工作面地質(zhì)構(gòu)造解釋圖。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的以切割震動為地震信號的煤礦工作面探測方法，其特征在于所述的地震干涉處理依次進(jìn)行互相關(guān)干涉、反褶積處理。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種以切割震動為地震信號的煤礦工作面探測方法。本發(fā)明通過以下步驟實(shí)現(xiàn)(1)數(shù)據(jù)采集，(2)數(shù)據(jù)處理，(3)資料解釋直接利用透射系數(shù)就可以判斷一些大的構(gòu)造，如錯斷了煤層的斷層和陷落柱等可阻斷槽波透射的構(gòu)造；根據(jù)CT圖像可圈定一些不能阻斷槽波，但能造成波速變化的陷落柱、老窯巷道等，綜合繪出工作面地質(zhì)構(gòu)造解釋圖。本發(fā)明不打擾采煤作業(yè)，檢波器安裝在巷道的側(cè)壁上，對煤礦的正常作業(yè)無任何影響，數(shù)據(jù)采集不需要中止采煤作業(yè)；震源能量高，無噪音，煤礦機(jī)械切割煤層發(fā)出強(qiáng)烈的地震波，還可以通過一定時間的疊加進(jìn)行積累，能量很高，因?yàn)閺?qiáng)噪音被轉(zhuǎn)化為強(qiáng)信號，得到的單炮記錄非常干凈，幾乎沒有噪音。
文檔編號G01V1/48GK102788995SQ20121027192
公開日2012年11月21日 申請日期2012年8月2日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月2日
發(fā)明者程建遠(yuǎn), 胡繼武, 覃思, 陸斌 申請人:中煤科工集團(tuán)西安研究院