CN108121010B - 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 PDF

Info

Publication number
CN108121010B
CN108121010B CN201711391055.XA CN201711391055A CN108121010B CN 108121010 B CN108121010 B CN 108121010B CN 201711391055 A CN201711391055 A CN 201711391055A CN 108121010 B CN108121010 B CN 108121010B
Authority
CN
China
Prior art keywords
wave
roadway
polarization
imaging
hole
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201711391055.XA
Other languages
English (en)
Other versions
CN108121010A (zh
Inventor
王保利
姬广忠
陆斌
金丹
王季
吴海
覃思
张庆庆
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Xian Research Institute Co Ltd of CCTEG
Original Assignee
Xian Research Institute Co Ltd of CCTEG
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Xian Research Institute Co Ltd of CCTEG filed Critical Xian Research Institute Co Ltd of CCTEG
Priority to CN201711391055.XA priority Critical patent/CN108121010B/zh
Publication of CN108121010A publication Critical patent/CN108121010A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN108121010B publication Critical patent/CN108121010B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V1/00—Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting
    • G01V1/40—Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting specially adapted for well-logging
    • G01V1/44—Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting specially adapted for well-logging using generators and receivers in the same well
    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01V—GEOPHYSICS; GRAVITATIONAL MEASUREMENTS; DETECTING MASSES OR OBJECTS; TAGS
    • G01V1/00—Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting
    • G01V1/40—Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting specially adapted for well-logging
    • G01V1/44—Seismology; Seismic or acoustic prospecting or detecting specially adapted for well-logging using generators and receivers in the same well
    • G01V1/48—Processing data
    • G01V1/50—Analysing data

Landscapes

  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Acoustics & Sound (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Geology (AREA)
  • Remote Sensing (AREA)
  • General Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • General Physics & Mathematics (AREA)
  • Geophysics (AREA)
  • Geophysics And Detection Of Objects (AREA)

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

基于孔巷联合的井下独头巷道槽波超前探测方法及***
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 (7)

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；
其中，
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
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：
(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。
5.一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；并且根据激发点、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
6.根据权利要求5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。
7.根据权利要求5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。
CN201711391055.XA 2017-12-21 2017-12-21 基于孔巷联合的井下独头巷道槽波超前探测方法及*** Active CN108121010B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711391055.XA CN108121010B (zh) 2017-12-21 2017-12-21 基于孔巷联合的井下独头巷道槽波超前探测方法及***

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201711391055.XA CN108121010B (zh) 2017-12-21 2017-12-21 基于孔巷联合的井下独头巷道槽波超前探测方法及***

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN108121010A CN108121010A (zh) 2018-06-05
CN108121010B true CN108121010B (zh) 2019-05-07

Family

ID=62230643

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201711391055.XA Active CN108121010B (zh) 2017-12-21 2017-12-21 基于孔巷联合的井下独头巷道槽波超前探测方法及***

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN108121010B (zh)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108693561B (zh) * 2018-06-14 2019-11-08 中煤科工集团西安研究院有限公司 基于检波器细分阵列的煤矿开采地震探测***及方法
CN111399030A (zh) * 2020-02-29 2020-07-10 山西晋煤集团技术研究院有限责任公司 一种矿井巷道槽波分布式超前探测***和方法
CN113075730B (zh) * 2021-03-23 2024-05-28 西安中地博睿探测科技有限公司 一种透射槽波速度ct成像中走时信息自动提取方法
CN115980831A (zh) * 2023-01-05 2023-04-18 山东大学 一种地-孔-洞联合精细探测方法与***

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN104111479A (zh) * 2014-07-17 2014-10-22 河北煤炭科学研究院 一种煤矿井下随掘槽波地震超前探测方法
CN104199110A (zh) * 2014-09-05 2014-12-10 河北煤炭科学研究院 一种煤矿井下支护过程中的槽波地震立体超前探测方法
CN106610503A (zh) * 2016-11-29 2017-05-03 北京中矿大地地球探测工程技术有限公司 一种煤矿采掘过程中的全方位槽波地震探测方法
CN107015273B (zh) * 2017-04-10 2018-10-19 中煤科工集团西安研究院有限公司 一种基于频率域的煤层Love型槽波压缩方法及装置

Also Published As

Publication number Publication date
CN108121010A (zh) 2018-06-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN108121010B (zh) 基于孔巷联合的井下独头巷道槽波超前探测方法及***
CN109613616B (zh) 一种浅层岩溶隧道地质综合立体探测方法
CN111239798A (zh) 光纤声波传感井地地震数据联采***和井驱数据处理方法
CN103592682B (zh) 一种地震波场能量均衡方法及处理装置
CN213813970U (zh) 基于分布式光纤声波传感的时移vsp数据采集***
Liu et al. Detection of karst voids at pile foundation by full-waveform inversion of single borehole sonic data
CN208334667U (zh) 一种用于软岩隧道长距离三维超前地质预报装置
Fujimoto et al. DAS 3DVSP survey at Stratigraphic Test Well (Hydrate-01)
CN109188528A (zh) 井间弹性波层析成像***和方法
CN113050085A (zh) 一种超前地质预报的方法
CN115980831A (zh) 一种地-孔-洞联合精细探测方法与***
CA2485761C (en) Resonance scattering seismic method
CN111610565B (zh) 一种声波信号处理方法
CN101609166A (zh) 一种水域区近地表结构的测量方法
Jianhua* et al. Applied research of 3D DAS-VSP in Eastern China
CN109239777B (zh) 一种利用联合反演方法检测构造煤发育的方法
Stucchi et al. High‐resolution reflection seismic survey at the Patigno landslide, Northern Apennines, Italy
Liu et al. A system for inspecting karst voids during construction of cast-in-place pile foundations
Wang et al. Retrieving drill bit seismic signals using surface seismometers
CN110780345A (zh) 一种隧道超前地震探测地震数据的三维速度分析方法
Yokota et al. Seismic while drilling: basic experiments using a percussion drill as an energy source
US11644594B2 (en) Surveying with low frequency impulse sources
Gendzwill et al. High-resolution seismic reflection surveys to detect fracture zones at the AECL underground research laboratory: J
Kepic et al. Enhancing the seismoelectric method via a virtual shot gather
CN112946753B (zh) 近地表地层结构的分析***及方法

Legal Events

Date Code Title Description
PB01 Publication
PB01 Publication
SE01 Entry into force of request for substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant