矿井巷道面波—转换横波超前探测技术研究

发布时间：2017-08-20 23:33

  本文关键词：矿井巷道面波—转换横波超前探测技术研究

  更多相关文章： 全空间 巷道面波 转换横波 巷道围岩松动圈 波场分离 地震属性 超前探测

【摘要】：反射地震波法在矿井巷道长距离超前地质预报方面有较大优势。由于井下复杂地质条件、巷道施工环境和激发-接收条件的局限性,矿井巷道断面仅有10平方左右,震源声波、面波、体波相互混叠,波场复杂。常规反射体波超前探测有效波的识别与分离十分困难。因此,不回避面波、考虑转换波机制的超前探测方法研究是对反射波法超前探测的扩展。论文从对矿井地质条件和巷道空间对地震波传播的影响出发,进行均匀介质、煤层顶底板、真空巷道以及巷道围岩松动圈条件下的全空间弹性波数值模拟和波场特征的对比分析。认为矿井巷道和围岩松动圈的存在一方面使地震波的主要能量以巷道面波的形式传播;另一方面巷道迎头能量较强面波反射回来和前方异常界面反射体波交织在一起,难以分离。从而引出利用能量强、衰减慢、易于识别的巷道面波与横波在迎头的相互转换进行超前探测。通过对巷道前方界面反射波TSST波(传播路径TS-S-S-TS的简称:巷道面波TS-wave(Tunnel Surface wave)传播至巷道迎头转换成S-wave,巷道前方异常体的反射S-wave在巷道迎头又转换成TS-wave被布置在巷道内的检波器接收)时距曲线特征的分析,阐述了利用TSST波进行超前探测的理论方法,并对连续跟踪(或随掘)观测系统和以隧道地震超前预报系统TSP(Tunnel Seismic Prediction)为代表的常规观测系统的面波-转换横波超前探测计算方法进行了分析和对比。介绍了巷道面波-转换横波超前探测的波场分离、速度分析、时深转换等处理流程,并基于Visual C++.net平台开发了以-滤波、叠加速度分析为核心的巷道面波-转换横波超前探测处理软件。通过对巷道围岩松动圈模型进行不同激发、接收孔深的数值模拟,认为围岩松动圈对于体波尤其是纵波具有很强的吸收作用,激发、接收孔越过围岩松动圈能够提高体波信号的信噪比;而激发接收条件的变化对TSST波影响相对较小,TSST波的采集对激发、接收条件要求较低,这在只能使用锤击等机械振源的巷道环境中比体波探测更具优势。通过分析不同速度反射界面的反射波幅频特征,得到了TSST波的瞬时振幅、瞬时相位等地震属性与反射界面速度的定量关系。利用地震属性提取技术可以定性评价反射界面的性质。建立了巷道超前探测物理模型,采用超声换能器进行了巷道面波-转换横波超前探测的物理模拟。将巷道面波-转换横波超前探测技术应用于井下断层破碎带和陷落柱的探测,并分析了不同接收孔深对地震信号的影响,通过与钻孔摄录及钻探成果对比,认为利用巷道面波与横波在迎头的相互转换能够有效地进行超前地质预报。
【关键词】：全空间 巷道面波 转换横波 巷道围岩松动圈 波场分离 地震属性 超前探测
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD166
【目录】：

• 致谢4-6
• 摘要6-8
• Abstract8-10
• Extended Abstract10-23
• 变量注释表23-24
• 1 绪论24-36
• 1.1 研究背景与意义24-25
• 1.2 国内外研究现状25-33
• 1.3 研究内容33-34
• 1.4 技术路线34-35
• 1.5 主要创新点35-36
• 2 巷道面波-转换横波超前探测关键技术36-45
• 2.1 巷道面波-转换横波传播理论36-40
• 2.2 TSST波波场分离技术40-41
• 2.3 叠加速度分析41
• 2.4 瞬时属性的提取方法41-42
• 2.5 TSST波超前探测程序设计与实现42-44
• 2.6 本章小结44-45
• 3 巷道面波-转换横波超前探测数值模拟45-95
• 3.1 交错网格有限差分计算45-48
• 3.2 典型矿井地质条件弹性波模拟48-65
• 3.3 激发-接收条件模拟65-77
• 3.4 TSST波超前探测模拟与处理77-87
• 3.5 TSST波地震属性提取87-93
• 3.6 本章小结93-95
• 4 TSST波超前探测物理模拟与分析95-104
• 4.1 物理模型相似准则95-96
• 4.2 物理模模型建立及参数测试96-100
• 4.3 巷道超前探测模拟实验100-103
• 4.4 本章小结103-104
• 5 TSST波超前探测实例与分析104-118
• 5.1 断层破碎带探测实例104-113
• 5.2 陷落柱探测实例113-116
• 5.3 本章小结116-118
• 6 结论与展望118-121
• 6.1 研究结论118-119
• 6.2 展望119-121
• 参考文献121-130
• 作者简历130-133
• 学位论文数据集133

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本文编号：709574