CN109188507B - 一种基于co2炮的矿井地震超前探测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于CO2炮的矿井地震超前探测方法，采用CO2炮作为矿井地震超前探测的震源；在巷道迎头中间位置打设钻孔，然后将CO2炮放置到预定位置进行定向安装；在巷道一侧帮依次并排布设多个六分量检波器；开启采集主机，使CO2炮向预采掘方向发射一次震动信号，此时多个六分量检波器将检测的震动信号传递给采集主机，采集主机进行记录；采集主机将采集到的各个震动信号传递给计算机，计算机结合现场地质资料进行综合分析，最终对煤巷前方的地质异常构造进行预测。本发明具有低压起爆、震源定向、能量可控和可重复利用的优点，可在CO2炮进行煤体压裂作业的过程中进行矿井地震超前探测，从而实现在不影响工作面施工的情况下进行矿井地震超前探测。
Description
技术领域
本发明涉及一种矿井地震超前探测方法，具体是一种基于CO2炮的矿井地震超前探测方法。
背景技术
由于我国“富煤、少气、贫油”的国情特点，因此决定了我国煤炭将在能源生产与消费中占据主导地位并且很长一段时间不会改变。伴随着煤炭行业的持续发展，矿井安全问题十分严峻，如顶板冒落、煤与瓦斯突出、矿井突水等都严重影响矿井工人的生命安全问题，据统计在众多的事故中85％以上的安全问题都是在矿井巷道掘进生产中产生的。
利用地震超前探测方法为矿井巷道掘进生产提供第一手的地质技术资料是深部煤层安全开采的重要保障。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，迎头前方隐伏地质构造不明在后续开采过程中易导致冒落、煤与瓦斯突出、矿井突水等一系列重大事故。目前矿井地震超前探测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；而放炮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，且放炮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。基于上述情况对地震超前探测的震源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，本发明提供一种基于CO2炮的矿井地震超前探测方法，具有低压起爆、震源定向、能量可控和可重复利用的优点，可在CO2炮进行煤体压裂作业的过程中进行矿井地震超前探测，从而实现在不影响工作面施工的情况下进行矿井地震超前探测。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于CO2炮的矿井地震超前探测方法，具体步骤为：
A、采用多个喷气孔朝向相同的CO2炮，作为矿井地震超前探测的震源；
B、综合考虑岩性、激发能量及探测深度特点，确定液态CO2药量Q，具体公式为；
其中，Q为液态CO2药量，A为激发子波振幅(即激发能量)，n为根据岩性及探测深度情况在0.2～1范围内选定的数值，c为常数；
C、在巷道迎头中间位置沿预采掘方向打设钻孔，在钻孔内等间距地确定多个预定位置，然后将CO2炮放置到距离钻孔孔口最近的预定位置进行定向安装，完成后将CO2炮的起爆线引出至钻孔孔口；
D、在巷道一侧帮距离迎头100米的范围内，依次并排布设多个六分量检波器，多个六分量检波器均通过连接主线与采集基站及采集主机连接，使六分量检波器、采集基站及采集主机形成地震超前探测观测***；
E、将步骤C中的CO2炮通过起爆线与信号触发盒并联在低压***上，信号触发盒与采集主机连接；
F、开启采集主机，通过低压***使CO2炮向预采掘方向发射一次震动信号，同时信号触发盒反馈给采集主机一个触发信号，使采集主机实时接收六分量检波器传来的数据；此时多个六分量检波器将检测的震动信号传递给采集主机，采集主机进行记录；然后将CO2炮向钻孔内推进到下一个预定位置后，通过低压***使CO2炮再次向预采掘方向发射一次震动信号，同时信号触发盒反馈给采集主机一个触发信号，采集主机进行记录，如此循环，直至CO2炮在各个预定位置均完成发射后，完成采集工作；
G、采集主机将采集到的各个震动信号传递给计算机，计算机结合现场地质资料进行综合分析，最终对煤巷前方的地质异常构造进行预测。
进一步，所述步骤D中多个六分量检波器之间的距离为5米。
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炮作为地震超前探测的震源，由于CO2炮低压起爆安全、定向安装起爆、震源定向、能量可控和可重复利用的特点，能够解决现有矿井超前探测锤击震源能量弱、分辨率低、***震源繁杂且存在安全隐患等问题，另外CO2炮目前已作为矿井下对煤层压裂增透的主要工具，因此采用CO2炮作为地震超前探测的震源方式无需额外增加震源设备，其工作原理是通过低压起爆从液态变成气态的CO2，通过其冲击力对煤岩体内部原有的裂隙进行扩充增透或者进行压裂产生新的裂隙，从而便于对煤岩体内的瓦斯进行抽取，本发明正是利用CO2炮发射后对煤岩体进行冲击，其冲击能量会使得煤岩体产生震动信号，通过六分量检波器对该震动信号进行获取，因此可在CO2炮进行煤体压裂作业的过程中进行震动超前探测，从而实现在不影响现场施工的方式开展地质构造超前探测。
附图说明
图1是本发明的位置布设图。
图中：1、煤层，2、CO2炮，3、钻孔，4、巷道，5、顶板，6、底板，7、采集主机，8、六分量检波器，9、迎头，10、起爆线。
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、采用多个喷气孔朝向相同的CO2炮2，作为矿井地震超前探测的震源；
B、综合考虑岩性、激发能量及探测深度特点，确定液态CO2药量Q，具体公式为；
其中，Q为液态CO2药量，A为激发子波振幅(即激发能量)，n为根据岩性及探测深度情况在0.2～1范围内选定的数值(煤层中超前探测一般选定为
)，c为常数；
C、在巷道迎头9中间位置沿预采掘方向打设钻孔3，在钻孔3内等间距地确定多个预定位置，然后将CO2炮2放置到距离钻孔孔口最近的预定位置进行定向安装，完成后将CO2炮2的起爆线引出至钻孔孔口；
D、在巷道4一侧帮距离迎头100米的范围内，依次并排布设多个六分量检波器8，多个六分量检波器8均通过连接主线与采集基站及采集主机7连接，使六分量检波器8、采集基站及采集主机7形成地震超前探测观测***；
E、将步骤C中的CO2炮2通过起爆线与信号触发盒并联在低压***上，信号触发盒与采集主机7连接；
F、开启采集主机7，通过低压***使CO2炮2向预采掘方向发射一次震动信号，同时信号触发盒反馈给采集主机7一个触发信号，使采集主机7实时接收六分量检波器8传来的数据；此时多个六分量检波器8将检测的震动信号传递给采集主机7，采集主机7进行记录；然后将CO2炮2向钻孔3内推进到下一个预定位置后，通过低压***使CO2炮2再次向预采掘方向发射一次震动信号，同时信号触发盒反馈给采集主机7一个触发信号，采集主机7进行记录，如此循环，直至CO2炮2在各个预定位置均完成发射后，完成采集工作；
G、采集主机7将采集到的各个震动信号传递给计算机，计算机结合现场地质资料进行综合分析，最终对煤巷前方的地质异常构造进行预测。
进一步，所述步骤D中多个六分量检波器8之间的距离为5米。
进一步，所述CO2炮2为CO2气相压裂管内激发的震动炮。
Claims (2)
1.一种基于CO2炮的矿井地震超前探测方法，其特征在于，具体步骤为：
A、采用多个喷气孔朝向相同的CO2气相压裂管，将CO2气相压裂管压裂煤体时，煤体产生的震动作为矿井地震超前探测的震源；
B、综合考虑岩性、激发能量及探测深度特点，确定液态CO2药量Q，具体公式为；
其中，Q为液态CO2药量，A为激发子波振幅，n为根据岩性及探测深度情况的条件下在0.2~1范围内选定的数值，c为常数；
C、在巷道迎头中间位置沿预采掘方向打设钻孔，在钻孔内等间距的确定多个预定位置，然后将CO2气相压裂管放置到距离钻孔孔口最近的预定位置进行定向安装，完成后将CO2气相压裂管的起爆线引出至钻孔孔口；
D、在巷道一侧帮距离迎头100米的范围内，依次并排布设多个六分量检波器，多个六分量检波器均通过连接主线与采集基站及采集主机连接，使六分量检波器、采集基站及采集主机形成地震超前探测观测***；
E、将步骤C中的CO2气相压裂管通过起爆线与信号触发盒并联在低压***上，信号触发盒与采集主机连接；
F、开启采集主机，通过低压***使CO2气相压裂管向预采掘方向发射一次震动信号，同时信号触发盒反馈给采集主机一个触发信号，使采集主机实时接收六分量检波器传来的数据；此时多个六分量检波器将检测的震动信号传递给采集主机，采集主机进行记录；然后将CO2气相压裂管向钻孔内推进到下一个预定位置后，通过低压***使CO2气相压裂管再次向预采掘方向发射一次震动信号，同时信号触发盒反馈给采集主机一个触发信号，采集主机进行记录，如此循环，直至CO2气相压裂管在各个预定位置均完成发射后，完成采集工作；
G、采集主机将采集到的各个震动信号传递给计算机，计算机结合现场地质资料进行综合分析，最终对煤巷前方的地质异常构造进行预测。
2. 根据权利要求1 所述的一种基于CO2炮的矿井地震超前探测方法，其特征在于，所述步骤D中多个六分量检波器之间的距离为5米。
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