CN108121010A - 基于孔巷联合的井下独头巷道槽波超前探测方法及*** - Google Patents
基于孔巷联合的井下独头巷道槽波超前探测方法及*** Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种槽波超前探测方法及***，属于地球物理勘探技术领域，具体涉及一种基于孔巷联合的井下独头巷道槽波超前探测方法及***。本发明利用在巷道两侧帮垂直巷道方向打深孔并安置孔中多级检波器的孔巷联合探测方案，有效拓展了反射槽波的探测角度，从而能对前方异常体，特别是反射面与巷道垂直的异常体的反射槽波成像质量，提高了独头巷道反射槽波超前探测精度。
Description
技术领域
本发明涉及一种槽波超前探测方法及***，属于地球物理勘探技术领域，具体涉及一种基于孔巷联合的井下独头巷道槽波超前探测方法及***。
背景技术
针对掘进巷道前方地质构造的超前探测技术是一项检测环境恶劣、技术难度大、探测精度要求高且要求实时性的地质保障技术。但是，这项技术在不仅能预防瓦斯突出、突水等事故发生，还能为瓦斯抽放、超前探放水、优化掘进方案等提供地质信息，从而在提高安全保障的情况下加快采掘速度。
现有技术中，以炮掘为震源的实时超前探测技术不影响采掘进度、在掘进的同时能够完成实时超前探测的任务。
但是，由于掘进工作面空间狭小，现有技术中的测线布设限于线性，使得接收到的波场空间波数范围过窄，反射波成像的方位精度为零，从而使得槽波成像质量较差，影响反射槽波超前探测精度。
发明内容
本发明主要是解决现有技术所存在的槽波成像质量较差，反射槽波超前探测精度低的技术问题，提供了一种基于孔巷联合的井下独头巷道槽波超前探测方法及***，该方法及***通过过孔巷联合观测方案拓宽波场接收视角，并根据采集数据的波场特征采用相应的去噪技术和成像技术，提高了独头巷道槽波地震超前预报的精度。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：
一种基于孔巷联合的井下独头巷道槽波超前探测方法，包括：
震源激发步骤，在巷道迎头处利用震源激发信号；
波场接收步骤，分别利用安装于巷道迎头处两侧帮水平孔内的多个孔中检波器和安装于巷道迎头后方两侧帮的巷道检波器接收震动信号所产生的波场；
波场处理步骤，用于处理接收到的波场，采用散射成像方法对波场记录进行偏移成像，获得槽波超前探测成像结果；
地质解释步骤，在偏移成像剖面上解释出独头巷道前方及周围存在的可疑地质异常体，并确定其位置、规模及类型。
优选的，上述的一种基于孔巷联合的井下独头巷道槽波超前探测方法，所述波场处理步骤包括信号预处理子步骤，用于利用偏振滤波对数据记录中的随机噪音进行衰减，提高有效信号特别是反射槽波信号的信噪比，具体包括：
(1)在给定时窗内计算三分量数据的协方差矩阵：
(2)根据公式|Q-λI|＝0，求出特征值λ1、λ2和λ3和对应的特征向量V1、V2和V3；
(3)计算偏振系数并利用偏振系数构建出偏振滤波器
(4)将偏振滤波器分别作用于三个分量，便得到滤波后的记录，滤波后的记录滤除了低极化度的波场，保留了高极化度的波场。
(5)移动时窗，并重复上述步骤直至记录尾。
优选的，上述的一种基于孔巷联合的井下独头巷道槽波超前探测方法，所述波场处理步骤具体包括槽波压缩子步骤，具体为利用基于S变换的多次滤波技术高精度计算槽波数据频散谱，在频散谱上拾取频散参数，并用频散参数设计反频散滤波器，然后作用于槽波记录，实现对槽波波列的压缩。
优选的，上述的一种基于孔巷联合的井下独头巷道槽波超前探测方法，所述波场处理步骤具体包括调制函数确定子步骤，用于根据激发点、接收点到反射点的空间位置和传播速度参数，基于射线追踪技术，计算出反射波走时t，根据反射波走时确定以信号周期为单位的时窗，通过接收的三分量时窗振幅信息，基于数学统计手段，计算质点偏振方向和反射波射线方向的空间夹角θ，根据该角度计算成像所用的槽波类型的极化方向系数确定极化偏移成像的调制函数其中α为给定的调试参数，当波场为LOVE槽波波场时若为RayLeigh槽波则为
优选的，上述的一种基于孔巷联合的井下独头巷道槽波超前探测方法，所述波场处理子步骤中包括偏移成像子步骤，具体为使用调制函数作用于记录，得到极化滤波信号X'(t)＝X(t)*F(t)，然后采用散射成像方法对记录X'(t)进行偏移成像，获得最终槽波超前探测成像结果。
一种基于孔巷联合的井下独头巷道槽波超前探测***，包括：
炮掘震源，位于巷道迎头处，用于激发震动信号；
孔中检波器，安装于巷道迎头处两侧帮上水平孔内，每个水平孔安装两个以上孔中检波器，用于接收震动信号所产生的波场；
巷道检波器，沿巷道迎头后方两侧帮设置，组成两条相互平行的沿线，用于接收震动信号所产生的波场；
信号处理装置，用于处理接收到的波场，采用散射成像方法对波场记录进行偏移成像，在偏移成像剖面上解释出独头巷道前方及周围存在的可疑地质异常体，并确定其位置、规模及类型。
优选的，上述的一种基于孔巷联合的井下独头巷道槽波超前探测***，所述孔中检波器在水平孔内间距10米设置，每孔布设6级以上三分量检波器。
优选的，上述的一种基于孔巷联合的井下独头巷道槽波超前探测***，所述巷道检波器间隔10米设置，每条测线设置24个以上三分量检波器。
因此，与现有技术相比，本发明利用在巷道两侧帮垂直巷道方向打深孔并安置孔中多级检波器的孔巷联合探测方案，有效拓展了反射槽波的探测角度，从而能对前方异常体，特别是反射面与巷道垂直的异常体的反射槽波成像质量，提高了独头巷道反射槽波超前探测精度。
附图说明
附图1是本发明的观测***结构示意图；
附图2是本发明的巷道检波器信号处理示意图。
附图3是本发明的孔中检波器信号处理示意图。
附图4是本发明的巷道检波器和孔中检波器对垂直于巷道的断层的探测效果对比图。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例：
本实施例的基于井地联合的煤矿井下独头巷道槽波超前探测的观测***按照图1方式设计。
首先震源点采用炮掘过程中***震源激发的信号作为激发源，因此激发点通常位于巷道迎头处；巷道接收点分布在巷道迎头5米后方，两侧帮各布设两条测线，每条分布多个三分量接收点(建议至少24个，以便更好地识别波场)，间隔为10米；在巷道迎头5米处两侧各打一深度大于60米的水平孔，孔中检波器间距10米，每孔布设6级三分量检波器；
然后利用数据传输线将三分量检波器与自记式槽波地震仪连接，接收炮掘时激发出的震动信号所产生的直达波、折射波、遇到周围异常地质体时的反射波和其它波场；
利用偏振滤波对数据记录中的随机噪音进行衰减，提高有效信号特别是反射槽波信号的信噪比，具体算法为：
①在给定时窗内计算三分量数据的协方差矩阵：
其中，Q为时窗内形成的协方差矩阵：(Xi,Yi,Zi)为时窗内X、Y和Z三个分量的样点，为时窗内样点的平均振幅值。
②根据公式|Q-λI|＝0，求出特征值λ1、λ2和λ3和对应的特征向量V1、V2和V3；
③计算偏振系数并利用偏振系数构建出偏振滤波器
④将偏振滤波器分别作用于三个分量，便得到滤波后的记录，滤波后的记录滤除了低极化度的波场，保留了高极化度的波场。
⑤移动时窗，并重复上述步骤直至记录尾。
然后利用基于S变换的多次滤波技术高精度计算槽波数据频散谱，在频散谱上拾取频散参数，并用频散参数设计反频散滤波器，然后作用于槽波记录，实现对槽波波列的压缩；
根据激发点、接收点到反射点的空间位置和传播速度参数，基于射线追踪技术，计算出反射波走时t，根据反射波走时确定以信号周期为单位的时窗，通过接收的三分量时窗振幅信息，基于数学统计手段，计算质点偏振方向(最大特征值对应的特征向量)和反射波射线方向的空间夹角θ(如图2和图3)，根据该角度计算成像所用的槽波类型的极化方向系数确定极化偏移成像的调制函数，如下式：
其中α为给定的调试参数。当波场为LOVE槽波波场时若为RayLeigh槽波则为
使用调制函数作用于记录，得到极化滤波信号X'(t)＝X(t)*F(t)，然后采用散射成像方法对记录X'(t)进行偏移成像，获得最终槽波超前探测成像结果；
通过地质解释，在偏移成像剖面上解释出独头巷道前方及周围存在的可疑地质异常体，并确定其位置、规模及类型。
与现有技术相比，本发明利用在巷道两侧帮垂直巷道方向打深孔并安置孔中多级检波器的孔巷联合探测方案，有效拓展了反射槽波的探测角度，从而能对前方异常体，特别是反射面与巷道垂直的异常体的反射槽波成像质量和成像范围(如图4所示)，提高了独头巷道反射槽波超前探测精度。
Claims (8)
1.一种基于孔巷联合的井下独头巷道槽波超前探测方法，其特征在于，包括：
震源激发步骤，在巷道迎头处利用震源激发信号；
波场接收步骤，分别利用安装于巷道迎头处两侧帮水平孔内的多个孔中检波器和安装于巷道迎头后方两侧帮的巷道检波器接收震动信号所产生的波场；
波场处理步骤，用于处理接收到的波场，采用散射成像方法对波场记录进行偏移成像，获得槽波超前探测成像结果；
地质解释步骤，在偏移成像剖面上解释出独头巷道前方及周围存在的可疑地质异常体，并确定其位置、规模及类型。
2.根据权利要求1所述的一种基于孔巷联合的井下独头巷道槽波超前探测方法，其特征在于，所述波场处理步骤包括信号预处理子步骤，用于利用偏振滤波对数据记录中的随机噪音进行衰减，提高有效信号特别是反射槽波信号的信噪比，具体包括：
(1)在给定时窗内计算三分量数据的协方差矩阵：
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(2)根据公式|Q-λI|＝0，求出特征值λ1、λ2和λ3和对应的特征向量V1、V2和V3；
(3)计算偏振系数并利用偏振系数构建出偏振滤波器
(4)将偏振滤波器分别作用于三个分量，便得到滤波后的记录，滤波后的记录滤除了低极化度的波场，保留了高极化度的波场。
(5)移动时窗，并重复上述步骤直至记录尾。
3.根据权利要求1所述的一种基于孔巷联合的井下独头巷道槽波超前探测方法，其特征在于，所述波场处理步骤具体包括槽波压缩子步骤，具体为利用基于S变换的多次滤波技术高精度计算槽波数据频散谱，在频散谱上拾取频散参数，并用频散参数设计反频散滤波器，然后作用于槽波记录，实现对槽波波列的压缩。
4.根据权利要求1所述的一种基于孔巷联合的井下独头巷道槽波超前探测方法，其特征在于，所述波场处理步骤具体包括调制函数确定子步骤，用于根据激发点、接收点到反射点的空间位置和传播速度参数，基于射线追踪技术，计算出反射波走时t，根据反射波走时确定以信号周期为单位的时窗，通过接收的三分量时窗振幅信息，基于数学统计手段，计算质点偏振方向和反射波射线方向的空间夹角θ，根据该角度计算成像所用的槽波类型的极化方向系数确定极化偏移成像的调制函数其中α为给定的调试参数，当波场为LOVE槽波波场时若为RayLeigh槽波则为
5.根据权利要求1所述的一种基于孔巷联合的井下独头巷道槽波超前探测方法，其特征在于，所述波场处理子步骤中包括偏移成像子步骤，具体为使用调制函数作用于记录，得到极化滤波信号X'(t)＝X(t)*F(t)，然后采用散射成像方法对记录X'(t)进行偏移成像，获得最终槽波超前探测成像结果。
6.一种基于孔巷联合的井下独头巷道槽波超前探测***，其特征在于，包括：
炮掘震源，位于巷道迎头处，用于激发震动信号；
孔中检波器，安装于巷道迎头处两侧帮上水平孔内，每个水平孔安装两个以上孔中检波器，用于接收震动信号所产生的波场；
巷道检波器，沿巷道迎头后方两侧帮设置，组成两条相互平行的沿线，用于接收震动信号所产生的波场；
信号处理装置，用于处理接收到的波场，采用散射成像方法对波场记录进行偏移成像，在偏移成像剖面上解释出独头巷道前方及周围存在的可疑地质异常体，并确定其位置、规模及类型。
7.根据权利要求6所述的一种基于孔巷联合的井下独头巷道槽波超前探测***，其特征在于，所述孔中检波器在水平孔内间距10米设置，每孔布设6级以上三分量检波器。
8.根据权利要求6所述的一种基于孔巷联合的井下独头巷道槽波超前探测***，其特征在于，所述巷道检波器间隔10米设置，每条测线设置24个以上三分量检波器。
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