CN111413735B - 一种同时激发多震源的采煤工作面快速地震透射层析方法 - Google Patents

一种同时激发多震源的采煤工作面快速地震透射层析方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种同时激发多震源的采煤工作面快速地震透射层析方法，采用一次性同时激发多个震源，产生多道地震波，各个检波器持续接收经过采煤工作面透射的多道地震波；然后采用互相关处理从各个检波器接收的多道地震波中提取出每个电控震源的共炮点道集，并得出各道地震波到达各个检波器的初至波走时；最后根据各个电控震源和各个检波器之间的位置关系及获得的初至波走时，将速度的重建问题转化为求取离散像元内的慢度，从而能得出离散像元内的慢度；最后基于已知的迭代法对慢度矩阵进行求解，即能得到探测区域内的速度分布，完成地震层析成像方法进行煤矿探测。由于无需等待放炮间隔，从而有效提高采用地震层析成像方法进行煤矿探测的效率。

Description

一种同时激发多震源的采煤工作面快速地震透射层析方法
技术领域
本发明涉及一种同时激发多震源的采煤工作面快速地震透射层析方法，属于煤矿探测技术领域。
背景技术
煤矿采煤工作面内断层等异常地质构造的存在，会影响产量及煤质，同时又是威胁安全的重要因素之一。探明上、下巷已揭露断层的延展情况，探测隐伏断层的产状，以及隐伏结构面的发育情况，对提高综放面的单产，确保安全具有重要意义。地震层析成像方法是根据地震波走时或地震波场观测数据对介质进行反演，获取探测区域内部介质波速、慢度、密度或衰减系数等，从而识别探测区域内部结构的一种技术。近年来，该技术在煤矿领域的应用日益广泛，为煤矿安全生产做出了重大贡献。该技术主要用于推断煤岩体内部地质构造、应力异常区域、煤层厚度变化等典型异常区域的分布情况，可为煤矿生产过程中的工作面开采设计、动力灾害预测预报、防治效果检验及安全措施制定等提供参考依据。
但是，目前该技术在采煤工作面异常探测的实际应用中，还存在着一定的缺陷，即现场数据采集过程中存在着效率不高的问题。以一般工程为例，需要设置200余个炮孔，现场放炮人员需要逐一放炮；然后另一侧的各个检波器对每次放炮产生的地震波进行接收。由于为了放炮人员每次放炮的安全，相邻两次放炮需间隔15分钟以上，以便于检查通风、瓦斯、煤尘和支护等情况。同时，为了安全起见还需要放炮人员需要与起爆点保持120米以上的安全距离。这些措施能有效保证放炮人员的安全，但是会直接导致现场施工的大部分时间都集中在放炮操作上；从而大大降低采用地震层析成像方法进行煤矿探测的效率。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种同时激发多震源的采煤工作面快速地震透射层析方法，无需等待放炮间隔，通过一次性同时激发多个震源，即能提取得出地震层析成像方法所需的数据进行煤矿探测，从而有效提高采用地震层析成像方法进行煤矿探测的效率。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种同时激发多震源的采煤工作面快速地震透射层析方法，具体步骤为：
A、在采煤工作面一侧的轨道巷内帮向采煤工作面并排打设多个震源激发钻孔且相互间隔一定距离，将多个电控震源分别一一对应布设在各个震源激发钻孔内，然后将各个电控震源的起爆线引出钻孔并均与低压***连接；
B、在采煤工作面另一侧的皮带巷内帮，并排等间距布设多个检波器，多个检波器均通过连接主线与采集主机连接，使各个检波器及采集主机形成采煤工作面地震透射观测***，并记录各个电控震源和各个检波器之间的位置关系；
C、启动低压***，使各个电控震源同时激发产生多道地震波，各个检波器持续接收经过采煤工作面透射的多道地震波，并将数据反馈给采集主机；
D、采用互相关处理从各个检波器接收的多道地震波中提取出每个电控震源的共炮点道集，具体过程为：
a、先选择一个电控震源，然后确定各个检波器中距离该电控震源最近的检波器，将该检波器接收该电控震源产生的地震波信号，确定为参考信号，并确定该参考信号的初至波走时(即该道地震波从该电控震源发出到该检波器接收所经过的时间)；
b、将步骤a确定的参考信号设为x(t)，y(t)为其余检波器采集得到的任意一道地震波数据，则x(t)与y(t)的相关函数定义为
Figure BDA0002486205650000021
其中，Rxy(τ)是时间延迟为τ的数据x(t)与y(t)的互相关结果；
设定x(t)中包含特征成分l1，其中l1为所选择的电控震源地震波信息，经过互相关处理后，若y(t)中含有特征成分l1，则该成分被凸显出来，进而确定该道地震波数据所对应的检波器，最终以参考信号的初至波走时为基准，得到该道地震波数据中所选择电控震源产生地震波的初至波走时；
c、重复步骤b，能得出其余检波器接收同一个电控震源的初至波走时，从而得出所选择电控震源的共炮点道集；
d、重复步骤a、b和c，能得出各个电控震源的共炮点道集；
E、根据各个电控震源和各个检波器之间的位置关系及初至波走时，进行地震层析成像，具体为：
根据获取各个电控震源产生地震波的初至波走时，将速度的重建问题转化为求取离散像元内的慢度，对煤层工作面内的速度分布进行离散图像的重建：
Figure BDA0002486205650000031
式中，Ti为各个检波器接收同一电控震源产生地震波的初至波走时总和；Li为第i条射线的路径长度；V(x,y)为地震波的传播速度；S(x,y)为离散像元内的慢度；dij为第i条射线上第j个网格中射线的长度；N为射线总数；M为网格数；
由于已经获得各个电控震源产生地震波的Ti值，从而能得出离散像元内的慢度S(x,y)；最后基于已知的迭代法对慢度矩阵进行求解，即能得到探测区域内的速度分布。
进一步，所述电控震源为***。
与现有技术相比，本发明采用一次性同时激发多个震源，产生多道地震波，各个检波器持续接收经过采煤工作面透射的多道地震波；然后采用互相关处理从各个检波器接收的多道地震波中提取出每个电控震源的共炮点道集，并得出各道地震波到达各个检波器的初至波走时；最后根据各个电控震源和各个检波器之间的位置关系及获得的初至波走时，将速度的重建问题转化为求取离散像元内的慢度，从而能得出离散像元内的慢度S(x,y)；最后基于已知的迭代法对慢度矩阵进行求解，即能得到探测区域内的速度分布，完成地震层析成像方法进行煤矿的探测。本发明无需等待放炮间隔，通过一次性同时激发多个震源，然后采用互相关处理能提取得出地震层析成像方法所需的数据进行煤矿探测，煤矿探测从而有效提高采用地震层析成像方法进行煤矿探测的效率。
附图说明
图1是本发明的位置布设示意图；
图2是本发明接收到多震源产生地震波信号的示意图；
图3是本发明中互相关处理的原理示意图；
图4是本发明从多震源地震波信号中提取单一震源地震波数据的示意图。
具体实施方式
下面将对本发明作进一步说明。
如图1至图4所示，本发明的具体步骤为：
A、在采煤工作面一侧的轨道巷内帮向采煤工作面并排打设多个震源激发钻孔且相互间隔一定距离，将多个电控震源分别一一对应布设在各个震源激发钻孔内，然后将各个电控震源的起爆线引出钻孔并均与低压***连接；
B、在采煤工作面另一侧的皮带巷内帮，并排等间距布设多个检波器，多个检波器均通过连接主线与采集主机连接，使各个检波器及采集主机形成采煤工作面地震透射观测***，并记录各个电控震源和各个检波器之间的位置关系；
C、启动低压***，使各个电控震源同时激发产生多道地震波，各个检波器持续接收经过采煤工作面透射的多道地震波，并将数据反馈给采集主机；
D、采用互相关处理从各个检波器接收的多道地震波中提取出每个电控震源的共炮点道集，具体过程为：
a、先选择一个电控震源，然后确定各个检波器中距离该电控震源最近的检波器，将该检波器接收该电控震源产生的地震波信号，确定为参考信号，并确定该参考信号的初至波走时；
b、将步骤a确定的参考信号设为x(t)，y(t)为其余检波器采集得到的任意一道地震波数据，则x(t)与y(t)的相关函数定义为
Figure BDA0002486205650000041
其中，Rxy(τ)是时间延迟为τ的数据x(t)与y(t)的互相关结果；
设定x(t)中包含特征成分l1，其中l1为所选择的电控震源地震波信息，经过互相关处理后，若y(t)中含有特征成分l1，则该成分被凸显出来，进而确定该道地震波数据所对应的检波器，最终以参考信号的初至波走时为基准，得到该道地震波数据中所选择电控震源产生地震波的初至波走时；
c、重复步骤b，能得出其余检波器接收同一个电控震源的初至波走时，从而得出所选择电控震源的共炮点道集；
d、重复步骤a、b和c，能得出各个电控震源的共炮点道集；
E、根据各个电控震源和各个检波器之间的位置关系及初至波走时，进行地震层析成像，具体为：
根据获取各个电控震源产生地震波的初至波走时，将速度的重建问题转化为求取离散像元内的慢度，对煤层工作面内的速度分布进行离散图像的重建：
Figure BDA0002486205650000051
式中，Ti为各个检波器接收同一电控震源产生地震波的初至波走时总和；Li为第i条射线的路径长度；V(x,y)为地震波的传播速度；S(x,y)为离散像元内的慢度；dij为第i条射线上第j个网格中射线的长度；N为射线总数；M为网格数；
由于已经获得各个电控震源产生地震波的Ti值，从而能得出离散像元内的慢度S(x,y)；最后基于已知的迭代法对慢度矩阵进行求解，即能得到探测区域内的速度分布。
进一步，所述电控震源为***。

Claims (2)

1.一种同时激发多震源的采煤工作面快速地震透射层析方法，其特征在于，具体步骤为：
A、在采煤工作面一侧的轨道巷内帮向采煤工作面并排打设多个震源激发钻孔且相互间隔一定距离，将多个电控震源分别一一对应布设在各个震源激发钻孔内，然后将各个电控震源的起爆线引出钻孔并均与低压***连接；
B、在采煤工作面另一侧的皮带巷内帮，并排等间距布设多个检波器，多个检波器均通过连接主线与采集主机连接，使各个检波器及采集主机形成采煤工作面地震透射观测***，并记录各个电控震源和各个检波器之间的位置关系；
C、启动低压***，使各个电控震源同时激发产生多道地震波，各个检波器持续接收经过采煤工作面透射的多道地震波，并将数据反馈给采集主机；
D、采用互相关处理从各个检波器接收的多道地震波中提取出每个电控震源的共炮点道集，具体过程为：
a、先选择一个电控震源，然后确定各个检波器中距离该电控震源最近的检波器，将该检波器接收该电控震源产生的地震波信号，确定为参考信号，并确定该参考信号的初至波走时；
b、将步骤a确定的参考信号设为x(t)，y(t)为其余检波器采集得到的任意一道地震波数据，则x(t)与y(t)的相关函数定义为
Figure FDA0002486205640000011
其中，Rxy(τ)是时间延迟为τ的数据x(t)与y(t)的互相关结果；
设定x(t)中包含特征成分l1，其中l1为所选择的电控震源地震波信息，经过互相关处理后，若y(t)中含有特征成分l1，则该成分被凸显出来，进而确定该道地震波数据所对应的检波器，最终以参考信号的初至波走时为基准，得到该道地震波数据中所选择电控震源产生地震波的初至波走时；
c、重复步骤b，能得出其余检波器接收同一个电控震源的初至波走时，从而得出所选择电控震源的共炮点道集；
d、重复步骤a、b和c，能得出各个电控震源的共炮点道集；
E、根据各个电控震源和各个检波器之间的位置关系及初至波走时，进行地震层析成像，具体为：
根据获取各个电控震源产生地震波的初至波走时，对煤层工作面内的速度分布进行离散图像的重建：
Figure FDA0002486205640000021
式中，Ti为各个检波器接收同一电控震源产生地震波的初至波走时总和；Li为第i条射线的路径长度；V(x,y)为地震波的传播速度；S(x,y)为离散像元内的慢度；dij为第i条射线上第j个网格中射线的长度；N为射线总数；M为网格数；
由于已经获得各个电控震源产生地震波的Ti值，从而能得出离散像元内的慢度S(x,y)；最后基于已知的迭代法对慢度矩阵进行求解，即能得到探测区域内的速度分布。
2.根据权利要求1所述同时激发多震源的采煤工作面快速地震透射层析方法，其特征在于，所述电控震源为***。
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