CN109188361A - 一种能精确定位co2炮位置的工作面地震探测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种能精确定位CO2炮位置的工作面地震探测方法，采用CO2炮作为工作面地震探测的震源；在回采工作面的一侧帮布设CO2炮激发钻孔，将CO2炮布设在CO2炮激发钻孔内；在回采工作面的同一侧帮布设至少四个检波器，检波器与采集主机连接；采集主机将采集到的多次地震信号传递给计算机，计算机按流程对CO2炮在CO2炮激发钻孔内的位置进行定位，并结合现场地质资料进行综合分析，最终对回采工作面的地质异常构造进行预测。本发明可精确定位CO2炮位置便于后续对地震信号的处理，从而有效保证工作面地震探测的准确性。

Description

一种能精确定位CO2炮位置的工作面地震探测方法
技术领域
本发明涉及一种工作面地震探测方法，具体是一种能精确定位CO2炮位置的工作面地震探测方法。
背景技术
目前，煤炭占我国能源消费的63％，在不断优化能源结构形势下，煤炭的能源消费的霸主地位在一段时间内依然难以动摇。煤矿事故频发严重威胁矿井工人安全并给煤矿带来了巨大经济损失，工作面内的隐伏地质构造(如断层、陷落柱)严重影响矿井安全生产，其可能成为水和瓦斯突出的通道，易造成矿井突水、瓦斯突出等重大安全事故。
工作面侧帮地质构造探测方法主要为矿井地震反射勘探。为矿井工作面布置设计及巷道开拓急需精细查明地质构造分布规律。目前矿井地震反射勘探的震源主要采用锤击及放炮两种方式，锤击震源虽然实施方便，但是存在发出的能量弱，地震信号分辨率低的缺点；而***震源虽然发出的能量较强，地震信号分辨率高，但是在其起爆时需要停止现场施工，并且需要高电压起爆，因此需要相应的变压设备，且***起爆有极大的安全隐患，曾经出现了多起重大安全事故，在这种条件下迫使起爆所需的审批程序十分繁琐，效率十分低下。另外现有的工作面地震探测震源过程中，是首先确定震源位置与检波器之间的距离，然后根据确定后的距离接收震动信号进行计算后得出探测结果，因此精确确定震源位置是探测结果是否精确的重要因素之一，现有的锤击震源及***震源都是通过直接测量获取，基于上述情况对工作面地震探测的震源及震源位置的定位进行创新为本行业目前亟需解决的问题。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种能精确定位CO2炮位置的工作面地震探测方法，具有低压起爆、震源定向、能量可控和可重复利用的优点，另外可精确定位CO2炮位置便于后续对地震信号的处理，从而有效保证工作面地震探测的准确性。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种能精确定位CO2炮位置的工作面地震探测方法，具体步骤为：
A、采用CO2炮作为工作面地震探测的震源；
B、在回采工作面的一侧帮布设CO2炮激发钻孔，将CO2炮布设在CO2炮激发钻孔内，然后将CO2炮的起爆线引出至钻孔孔口；
C、在回采工作面的同一侧帮布设至少四个检波器，多个检波器均通过连接主线与采集基站及采集主机连接，使检波器、采集基站及采集主机形成回采工作面侧帮地震观测***；
D、对CO2炮在CO2炮激发钻孔内的位置进行定位：
a、将整个回采工作面三维网格化，共均分为N个网格节点并确定各个网格节点的三维坐标；
b、开启采集主机，使同一个CO2炮沿CO2炮激发钻孔向回采工作面发射多次冲击能量，采集主机接收检波器传来的多次地震反馈信号数据并进行多次地震记录，然后将任意两道地震记录进行组合，共M种组合方式；
c、根据M种不同的地震记录组合，计算每个组合对应的两个地震记录中直达槽波埃里相位的时差，并求其绝对值Δri(i＝1,2…M)；
d、以所有网格节点为虚拟震源，计算N个网格节点到各个检波器空间位置的直达槽波埃里相位时间，计算M种组合的各个时间差并求其绝对值Δti(i＝1,2…M)，得到如下时差矩阵：
e、令构造并求解如下的矩阵方程值；
f、由以上矩阵推导得出，矩阵φ中值为0的元素对应的网格节点即为震源点，该网格节点的三维坐标即为CO2炮的空间坐标；
E、然后调整CO2炮在CO2炮激发钻孔内的深度后重复步骤D，采集主机记录在该深度位置的多次地震信号，如此循环，直至CO2炮在CO2炮激发钻孔内的不同深度均完成采集主机地震记录过程后，完成采集工作；
F、采集主机将采集到的多次地震信号传递给计算机，计算机按流程对CO2炮在CO2炮激发孔内的位置进行定位并结合现场地质资料进行综合分析，最终对回采工作面的地质异常构造进行预测。
进一步，所述CO2炮为CO2气相压裂管内激发的震动炮。
与现有技术相比，本发明采用CO2炮作为工作面地震探测的震源，由于CO2炮具有低压起爆安全、定向安装起爆、震源能量可控和可重复利用的优点，能够解决现有工作面地震探测中锤击震源能量弱、分辨率低、***震源繁杂且存在安全隐患等问题，在探测时CO2炮伸入CO2炮激发钻孔内不同深度发射冲击能量，由于在推送时由于激发钻孔原本的弯曲及人工操作的误差，导致推送后的水平和垂直方向上存在一定的角度及深度误差，使CO2炮震源的实际位置与工人推送估算位置两者存在较大误差。另外，由于CO2炮震源激发的延时作用，使接收的信号与实际信号在时间上存在一定误差，不能采用计算直达波的方法获取CO2炮震源的实际位置；本发明通过三维网格化煤层工作面，然后对地震信号中直达槽波埃里相位进行计算，并通过矩阵方程从而精确定位CO2炮所处的三维坐标，最终有效保证了工作面地震探测的准确性。
附图说明
图1是本发明中CO2炮和检波器的位置布设图。
图2是图1中虚线部分网格化后的放大示意图。
图中：1、回采工作面，2、CO2炮，3、CO2炮激发钻孔，4、检波器，5、网格节点。
具体实施方式
下面将对本发明做进一步说明。
如图所示，本发明的具体步骤为：
A、采用CO2炮2作为工作面地震探测的震源；
B、在回采工作面1的一侧帮布设CO2炮激发钻孔3，将CO2炮2布设在CO2炮激发钻孔3内，然后将CO2炮2的起爆线引出至钻孔孔口；
C、在回采工作面1的同一侧帮布设至少四个检波器4，多个检波器4均通过连接主线与采集基站及采集主机连接，使检波器4、采集基站及采集主机形成回采工作面侧帮地震观测***；
D、对CO2炮2在CO2炮激发钻孔3内的位置进行定位：
a、将整个回采工作面1三维网格化，共均分为N个网格节点并确定各个网格节点的三维坐标；
b、开启采集主机，使同一个CO2炮2沿CO2炮激发钻孔3向回采工作面1发射多次冲击能量，采集主机接收检波器4传来的多次地震反馈信号数据并进行多次地震记录，然后将任意两道地震记录进行组合，共M种组合方式；
c、根据M种不同的地震记录组合，计算每个组合对应的两个地震记录中直达槽波埃里相位的时差，并求其绝对值Δri(i＝1,2…M)；
d、以所有网格节点为虚拟震源，计算N个网格节点到各个检波器4空间位置的直达槽波埃里相位时间，计算M种组合的各个时间差并求其绝对值Δti(i＝1,2…M)，得到如下时差矩阵：
e、令构造并求解如下的矩阵方程值；
f、由以上矩阵推导得出，矩阵φ中值为0的元素对应的网格节点即为震源点，该网格节点的三维坐标即为CO2炮2的空间坐标；
E、然后调整CO2炮2在CO2炮激发钻孔3内的深度后重复步骤D，采集主机记录在该深度位置的多次地震信号，如此循环，直至CO2炮2在CO2炮激发钻孔3内的不同深度均完成采集主机地震记录过程后，完成采集工作；
F、采集主机将采集到的多次地震信号传递给计算机，计算机结合CO2炮在CO2炮激发孔内的位置定位和现场地质资料进行综合分析，最终对回采工作面1的地质异常构造进行预测。
进一步，所述CO2炮为CO2气相压裂管内激发的震动炮。

Claims (2)

1.一种能精确定位CO2炮位置的工作面地震探测方法，其特征在于，具体步骤为：
A、采用CO2炮作为工作面地震探测的震源；
B、在回采工作面的一侧帮布设CO2炮激发钻孔，将CO2炮布设在CO2炮激发钻孔内，然后将CO2炮的起爆线引出至钻孔孔口；
C、在回采工作面的同一侧帮布设至少四个检波器，多个检波器均通过连接主线与采集基站及采集主机连接，使检波器、采集基站及采集主机形成回采工作面侧帮地震观测***；
D、对CO2炮在CO2炮激发钻孔内的位置进行定位：
a、将整个回采工作面三维网格化，共均分为N个网格节点并确定各个网格节点的三维坐标；
b、开启采集主机，使同一个CO2炮沿CO2炮激发钻孔向回采工作面发射多次冲击能量，采集主机接收检波器传来的多次地震反馈信号数据并进行多次地震记录，然后将任意两道地震记录进行组合，共M种组合方式；
c、根据M种不同的地震记录组合，计算每个组合对应的两个地震记录中直达槽波埃里相位的时差，并求其绝对值Δri(i＝1,2…M)；
d、以所有网格节点为虚拟震源，计算N个网格节点到各个检波器空间位置的直达槽波埃里相位时间，计算M种组合的各个时间差并求其绝对值Δti(i＝1,2…M)，得到如下时差矩阵：
e、令构造并求解如下的矩阵方程值；
f、由以上矩阵推导得出，矩阵φ中值为0的元素对应的网格节点即为震源点，该网格节点的三维坐标即为CO2炮的空间坐标；
E、然后调整CO2炮在CO2炮激发钻孔内的深度后重复步骤D，采集主机记录在该深度位置的多次地震信号，如此循环，直至CO2炮在CO2炮激发钻孔内的不同深度均完成采集主机地震记录过程后，完成采集工作；
F、采集主机将采集到的多次地震信号传递给计算机，计算机按流程对CO2炮在CO2炮激发孔内的位置进行定位并结合现场地质资料进行综合分析，最终对回采工作面的地质异常构造进行预测。
2.根据权利要求1所述的一种能精确定位CO2炮位置的工作面地震探测方法，其特征在于，所述CO2炮为CO2气相压裂管内激发的震动炮。
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