矿井分布式地震超前探测系统研究与应用
发布时间：2021-11-27 06:51
为探测掘进巷道前方地质构造,研制一套矿井分布式地震超前探测系统。系统基于地震波反射理论,通过检波器分布式接收或震源分布式激发确定地质异常体的位置。为了进一步提高煤矿采掘过程中构造的预测预报精度,采用分布式观测系统和孔中胶囊检波器进行数据采集以提高设备的灵敏度,通过负视速度原理排除侧帮和后方地质异常体的干扰,利用绕射共偏移算法优化数据反演成果。经过大量试验验证和归纳总结,该系统采用人工锤击震源可有效探测出前方70m范围内的地质异常信息,采用人工炸药激发震源可有效探测出前方150～200 m范围内的地质异常信息。研究结果表明,矿井分布式地震超前探测系统通过从硬件到软件优化,可实现采掘过程中对地质构造的探测精度,并提高探测效率。
【文章来源】：煤田地质与勘探. 2020,48(02)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
图１矿井分布式地震超前探示意图??Ｆｉｇ．ｌ?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ?ｓｅｒｓｍｉｎｃ?ａｄｖａｍｃｅ??ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ（ＤＳＡＤ）??不同波的视速度记为：??（１）??ｈ?￣Ｋｉ??＝ｘｍ?￣ｘｕｙ??ｆｎ??（２）??
距离的连接和增减。??ｅ．震源激发器为了多用途探测，设计有短路??触发和感应触发。短路触发主要用于锤击系统，在??铜锤的一端装有较髙灵敏度的短路触发器，在捶击??瞬间触发主机采集数据；感应触发主要用于炸药震??源，当电流通过触发器时激发主机采集数据。??２．２软件系统??软件系统主要包括采集软件和反演软件，采集??软件主要安装在主机中，用于控制采集系统，具备??控制、浏览、存储、检测功能；反演软件主要安装??在室内的电脑中，用于后期数据处理、校正、分析??和成图。整体框架如图４所示。??软件雜??图４矿用分布式地震软件系统框架图??Ｆｉｇ．４?Ｍｉｎｅ?ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ?ｓｅｉｓｍｉｃ?ｓｏｆｔｗａｒｅ?ｓｙｓｔｅｍ?ｆｒａｍｅｗｏｒｋ??ｄｉａｇｒａｍ??采集软件中的控制功能具有识别采集站功能，??通过在控制菜单中输入采集站的识别码，显示各采??集站运行情况，同时控制采集过程中数据的激发和??慧件??接收；检测功能是用来检测分布式系统的电量、噪??声、连接状态等信息；浏览功能主要用于现场已采??集数据的查看和检查；存储功能主要是保存数据，??具备一次采集多盘自动保存。反演软件中数据处理??主要是将原始数据进行简单编辑、筛癣坐标构建；??数据校正主要是对延迟时间、道间、道内差别的校??正；数据分析是系统核心，为了区分不同方向、不??同特征的异常，主要运用震波反演的波场分离、能??量均衡、速度分析等算法，采用负视速度理论结合??观测系统扫描出前方的地质异常区域；数据成图主??要通过绕射共偏移反演算法显示出异常的位置，调??用了强大Ｓｕｒｆｅｒ成图软件，将分析的异常区域用图??形显不出来。?
？?２３２?？??煤田地质与勘探??第４８卷??某次试验采用检波器前置观测系统，检波器和??激发点同时布置在巷道右帮，采用炸药震源。为了??减少现场施工时间，设计炸药激发点２个，如图６ａ??所示，炮间距２０?ｍ，第１激发点Ｓ１距Ｇ８检波器??２０?ｍ；检波器设计８个，为Ｇ１—Ｇ８，道间距１＿５?ｍ。??观测系统坐标以掘进工作面中点为原点，巷道掘井??方向为Ｘ轴正方向，垂直Ｚ轴的巷道左侧帮为ｒ轴??检波器??〇２??ｉ＼ｒ??Ｇ，??Ｖ??７??掘进方向???？??右帮?＇??９ｍ?掘进工作而??（ａ）?ＤＳＡＤ观测系统示意图??道号??１２３４５６７８９?１０??（ｂ）原始地震数据记录??道号??１?２３４５６７８９?１０??２０??１４０??１６０??１８０??（ｃ）滤波后地震数据记录??ｖ?；?能Ｍ强度??ｉｉｉｎｉＨｉ??＿２〇〇?１０?２０?３ｅ?ｎ６０?７０?８０?９ｅ?１００?墜龙??揉４??ｍ?〇??捉一４??豸一８??－１２??－１６??１０?２０?３０?４０?５０?６０?７０?８０??横向距离／ｍ??（ｄ）?ＤＳＡＤ反演成果??图５?ＤＳＡＤ空巷探测分析??Ｆｉｇ．５?Ａｎａｌｙｓｉｓ?ｏｆ?ＤＳＡＤ?ｆｏｒ?ｅｍｐｔｙ?ｌａｎｅ?ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ??正方向，默认煤层为一水平面。采集的原始信号如??图６ｂ所示，有效波信号３６０?ｍｓ，在１２０?ｍｓ前高频??信号干扰较强。??通过对直达波初至时间分析，确定煤层传播速??度为２?ｍ／ｍｓ，作为后期成果分析的值；再通过震波??叠加偏移分析和反射界面识别分析，生成反演结果，??如图６ｃ所示，不同
【参考文献】：
期刊论文
[1]TSP探测精度分析及其在过江隧洞超前预报中的应用[J]. 李俊杰,张红纲,何建设,荣鑫,李剑强,郭佳豪. 煤田地质与勘探. 2019(04)
[2]基于地震波和电磁波CT联合探测的采掘巷道冲击危险性评价方法[J]. 刘少虹,潘俊锋,王洪涛,齐庆新,唐忠义,冯美华,娄金福,张豫龙. 煤炭学报. 2018(11)
[3]透射槽波层析成像在煤矿工作面隐伏构造探测中的应用[J]. 段天柱. 矿业安全与环保. 2018(02)
[4]地质雷达超前探测在常村煤矿的应用研究[J]. 段毅,许献磊. 中国矿业. 2017(08)
[5]基于面波的巷道揭煤超前探测试验研究[J]. 郭来功,戴广龙,杨本才,欧阳名三. 煤炭科学技术. 2017(06)
[6]槽波透射与反射联合勘探在小构造探测中的应用[J]. 赵朋朋. 煤炭工程. 2017(05)
[7]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[J]. 贾茜,张仲礼,田小超,王冰纯,赵兆,刘磊. 煤田地质与勘探. 2017(01)
[8]影响TSP203隧道超前地质预报系统探测准确度的因素研究[J]. 朱海龙. 工程地球物理学报. 2016(01)
[9]负视速度超前预报倾斜界面位置确定[J]. 侯伟,杨正华. 物探与化探. 2015(05)
[10]反射槽波探测采空巷道的实验与方法[J]. 王季. 煤炭学报. 2015(08)
博士论文
[1]矿井远距离超前探测系统与应用研究[D]. 胡运兵.中南大学 2014
硕士论文
[1]煤层工作面小构造无线电波透视探测技术研究[D]. 左汪会.安徽理工大学 2017
本文编号：3521765
【文章来源】：煤田地质与勘探. 2020,48(02)北大核心CSCD
【文章页数】：7 页
【部分图文】：
图１矿井分布式地震超前探示意图??Ｆｉｇ．ｌ?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ?ｓｅｒｓｍｉｎｃ?ａｄｖａｍｃｅ??ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ（ＤＳＡＤ）??不同波的视速度记为：??（１）??ｈ?￣Ｋｉ??＝ｘｍ?￣ｘｕｙ??ｆｎ??（２）??
距离的连接和增减。??ｅ．震源激发器为了多用途探测，设计有短路??触发和感应触发。短路触发主要用于锤击系统，在??铜锤的一端装有较髙灵敏度的短路触发器，在捶击??瞬间触发主机采集数据；感应触发主要用于炸药震??源，当电流通过触发器时激发主机采集数据。??２．２软件系统??软件系统主要包括采集软件和反演软件，采集??软件主要安装在主机中，用于控制采集系统，具备??控制、浏览、存储、检测功能；反演软件主要安装??在室内的电脑中，用于后期数据处理、校正、分析??和成图。整体框架如图４所示。??软件雜??图４矿用分布式地震软件系统框架图??Ｆｉｇ．４?Ｍｉｎｅ?ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｅｄ?ｓｅｉｓｍｉｃ?ｓｏｆｔｗａｒｅ?ｓｙｓｔｅｍ?ｆｒａｍｅｗｏｒｋ??ｄｉａｇｒａｍ??采集软件中的控制功能具有识别采集站功能，??通过在控制菜单中输入采集站的识别码，显示各采??集站运行情况，同时控制采集过程中数据的激发和??慧件??接收；检测功能是用来检测分布式系统的电量、噪??声、连接状态等信息；浏览功能主要用于现场已采??集数据的查看和检查；存储功能主要是保存数据，??具备一次采集多盘自动保存。反演软件中数据处理??主要是将原始数据进行简单编辑、筛癣坐标构建；??数据校正主要是对延迟时间、道间、道内差别的校??正；数据分析是系统核心，为了区分不同方向、不??同特征的异常，主要运用震波反演的波场分离、能??量均衡、速度分析等算法，采用负视速度理论结合??观测系统扫描出前方的地质异常区域；数据成图主??要通过绕射共偏移反演算法显示出异常的位置，调??用了强大Ｓｕｒｆｅｒ成图软件，将分析的异常区域用图??形显不出来。?
？?２３２?？??煤田地质与勘探??第４８卷??某次试验采用检波器前置观测系统，检波器和??激发点同时布置在巷道右帮，采用炸药震源。为了??减少现场施工时间，设计炸药激发点２个，如图６ａ??所示，炮间距２０?ｍ，第１激发点Ｓ１距Ｇ８检波器??２０?ｍ；检波器设计８个，为Ｇ１—Ｇ８，道间距１＿５?ｍ。??观测系统坐标以掘进工作面中点为原点，巷道掘井??方向为Ｘ轴正方向，垂直Ｚ轴的巷道左侧帮为ｒ轴??检波器??〇２??ｉ＼ｒ??Ｇ，??Ｖ??７??掘进方向???？??右帮?＇??９ｍ?掘进工作而??（ａ）?ＤＳＡＤ观测系统示意图??道号??１２３４５６７８９?１０??（ｂ）原始地震数据记录??道号??１?２３４５６７８９?１０??２０??１４０??１６０??１８０??（ｃ）滤波后地震数据记录??ｖ?；?能Ｍ强度??ｉｉｉｎｉＨｉ??＿２〇〇?１０?２０?３ｅ?ｎ６０?７０?８０?９ｅ?１００?墜龙??揉４??ｍ?〇??捉一４??豸一８??－１２??－１６??１０?２０?３０?４０?５０?６０?７０?８０??横向距离／ｍ??（ｄ）?ＤＳＡＤ反演成果??图５?ＤＳＡＤ空巷探测分析??Ｆｉｇ．５?Ａｎａｌｙｓｉｓ?ｏｆ?ＤＳＡＤ?ｆｏｒ?ｅｍｐｔｙ?ｌａｎｅ?ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ??正方向，默认煤层为一水平面。采集的原始信号如??图６ｂ所示，有效波信号３６０?ｍｓ，在１２０?ｍｓ前高频??信号干扰较强。??通过对直达波初至时间分析，确定煤层传播速??度为２?ｍ／ｍｓ，作为后期成果分析的值；再通过震波??叠加偏移分析和反射界面识别分析，生成反演结果，??如图６ｃ所示，不同
【参考文献】：
期刊论文
[1]TSP探测精度分析及其在过江隧洞超前预报中的应用[J]. 李俊杰,张红纲,何建设,荣鑫,李剑强,郭佳豪. 煤田地质与勘探. 2019(04)
[2]基于地震波和电磁波CT联合探测的采掘巷道冲击危险性评价方法[J]. 刘少虹,潘俊锋,王洪涛,齐庆新,唐忠义,冯美华,娄金福,张豫龙. 煤炭学报. 2018(11)
[3]透射槽波层析成像在煤矿工作面隐伏构造探测中的应用[J]. 段天柱. 矿业安全与环保. 2018(02)
[4]地质雷达超前探测在常村煤矿的应用研究[J]. 段毅,许献磊. 中国矿业. 2017(08)
[5]基于面波的巷道揭煤超前探测试验研究[J]. 郭来功,戴广龙,杨本才,欧阳名三. 煤炭科学技术. 2017(06)
[6]槽波透射与反射联合勘探在小构造探测中的应用[J]. 赵朋朋. 煤炭工程. 2017(05)
[7]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[J]. 贾茜,张仲礼,田小超,王冰纯,赵兆,刘磊. 煤田地质与勘探. 2017(01)
[8]影响TSP203隧道超前地质预报系统探测准确度的因素研究[J]. 朱海龙. 工程地球物理学报. 2016(01)
[9]负视速度超前预报倾斜界面位置确定[J]. 侯伟,杨正华. 物探与化探. 2015(05)
[10]反射槽波探测采空巷道的实验与方法[J]. 王季. 煤炭学报. 2015(08)
博士论文
[1]矿井远距离超前探测系统与应用研究[D]. 胡运兵.中南大学 2014
硕士论文
[1]煤层工作面小构造无线电波透视探测技术研究[D]. 左汪会.安徽理工大学 2017
本文编号：3521765
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