CN111413736B - 一种多震源同时激发的巷道地震反射超前探测方法 - Google Patents

一种多震源同时激发的巷道地震反射超前探测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种多震源同时激发的巷道地震反射超前探测方法，采用一次性同时激发多个震源，产生多道地震波，检波器持续接收各个电控震源产生的多道地震直达波及各道地震直达波遇到前方异常地质构造后反射的多道地震反射波；然后采用互相关处理从检波器接收的多道地震波中各道地震反射波的共检波器道集，并得出各道地震反射波到达检波器的初至波走时；最后根据各个电控震源和检波器之间的位置关系及初至波走时，采用已知的叠前绕射偏移成像进行处理，得到巷道前方地质异常分布。由于无需等待放炮间隔，通过一次性同时激发多个震源，即能提取得出地震反射成像所需的数据进行地质探测，从而有效提高采用巷道地震超前探测方法进行巷道前方探测的效率。

Description

一种多震源同时激发的巷道地震反射超前探测方法
技术领域
本发明涉及一种巷道地震反射超前探测方法，具体是一种多震源同时激发的巷道地震反射超前探测方法。
背景技术
煤矿地质中断层等异常构造会引起掘进巷道的灾害，造成大量的人员和经济损失。由于巷道属于深部隐蔽性工程，在工程勘探阶段完全查明其相关的岩体特征以及可能存在的不良地质体的位置、规模和性质是极其困难的。因此，上述地质问题都必须依靠在掘进过程中的超前预报来加以解决。通过超前预测预报，能够及时、全面的了解掘进巷道前方工程地质和水文地质情况，进而合理的安排掘进计划、修正施工方案，采取相应预防措施，有效降低巷道地质灾害的发生，提高掘进效率，降低成本。目前常用的超前探测技术为巷道地震超前探测方法，其通过地震反射波的叠前绕射偏移成像，从而能得出巷道前方一定范围内的地址构造是否存在异常。
但是，目前该技术在超前探测的实际应用中，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。在进行超前探测时一般需要在迎头设置20余个炮点，现场放炮人员需要逐一放炮；然后在炮点后方的检波器对每次放炮产生的地震直达波及地震反射波进行接收。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；从而大大降低采用巷道地震超前探测方法进行巷道前方探测的效率。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种多震源同时激发的巷道地震反射超前探测方法，无需等待放炮间隔，通过一次性同时激发多个震源，即能提取得出地震反射成像所需的数据进行地质探测，从而有效提高采用巷道地震超前探测方法进行巷道前方探测的效率。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种多震源同时激发的巷道地震反射超前探测方法，具体步骤为：
A、在巷道迎头中间位置沿预采掘方向打设钻孔，在钻孔内等间距的布设多个电控震源，完成后将各个电控震源的起爆线引出至钻孔孔口；
B、在巷道一侧帮距离迎头100米的范围内，布设一个检波器，检波器通过连接主线与采集主机连接，使检波器和采集主机形成地震超前探测观测***，并记录各个电控震源和该检波器之间的位置关系；
C、将步骤A中的各个电控震源通过起爆线并联在低压***上；
D、启动低压***，使各个电控震源同时激发产生多道地震波，检波器持续接收各个电控震源产生的多道地震直达波及各道地震直达波遇到前方异常地质构造后反射的多道地震反射波，并将数据反馈给采集主机；
E、采用互相关处理从检波器接收的多道地震直达波及地震反射波中提取出该检波器接收各道地震反射波的共检波器道集，具体过程为：
a、先选择一个电控震源，并根据步骤B确定该电控震源与检波器之间的距离，将检波器接收该电控震源产生的地震直达波信号，确定为参考信号，并确定该参考信号的初至波走时(即该道地震直达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 BDA0002486423940000021
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直达波信息，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为同一电控震源产生地震直达波遇到前方异常地质构造后反射的地震反射波，然后以参考信号的初至波走时为基准，得到该电控震源的地震反射波的初至波走时；
c、重复步骤a和b，能得出其余电控震源的地震反射波的初至波走时，从而得出该检波器接收各道地震反射波的共检波器道集；
F、根据各个电控震源和检波器之间的位置关系及初至波走时，进行地震反射波偏移成像，具体为：
①采用τ-p法对步骤E得出的共检波器道集进行各个地震反射波提取；设(t,x)域的二维信号
Figure BDA0002486423940000033
经转换到(τ,p)域后的二维信号为φ(τ,p)，则τ-p的正反变换公式为：
Figure BDA0002486423940000031
Figure BDA0002486423940000032
其中，t为t-x域中的初至波走时，x为电控震源与检波器之间的距离，p为射线变量(水平波慢度)，τ为射线变量在时间轴上的截距；
经过上述方法能提取出各个电控震源的地震反射波数据；
②根据步骤①提取的各个地震反射波数据，采用已知的叠前绕射偏移成像进行处理，得到巷道前方异常地质构造的分布。
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，检波器持续接收各个电控震源产生的多道地震直达波及各道地震直达波遇到前方异常地质构造后反射的多道地震反射波；然后采用互相关处理从检波器接收的多道地震波中各道地震反射波的共检波器道集，并得出各道地震反射波到达检波器的初至波走时；最后根据各个电控震源和检波器之间的位置关系及初至波走时，采用τ-p法对得出的共检波器道集进行各个地震反射波提取；根据提取的各个地震反射波数据，采用已知的叠前绕射偏移成像进行处理，得到巷道前方地质异常分布。本发明无需等待放炮间隔，通过一次性同时激发多个震源，即能提取得出地震反射成像所需的数据进行地质探测，从而有效提高采用巷道地震超前探测方法进行巷道前方探测的效率。
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是本发明从各个地震波信号中提取地震反射波的示意图。
图中：1、巷道，2、检波器，3、钻孔，4、电控震源，5、异常地质构造。
具体实施方式
下面将对本发明作进一步说明。
如图1至图3所示，一种多震源同时激发的巷道地震反射超前探测方法，具体步骤为：
A、在巷道1迎头中间位置沿预采掘方向打设钻孔3，在钻孔3内等间距的布设多个电控震源4，完成后将各个电控震源4的起爆线引出至钻孔孔口；
B、在巷道1一侧帮距离迎头100米的范围内，布设一个检波器2，检波器2通过连接主线与采集主机连接，使检波器2和采集主机形成地震超前探测观测***，并记录各个电控震源4和该检波器2之间的位置关系；
C、将步骤A中的各个电控震源4通过起爆线并联在低压***上；
D、启动低压***，使各个电控震源4同时激发产生多道地震波，检波器2持续接收各个电控震源4产生的多道地震直达波及各道地震直达波遇到前方异常地质构造5后反射的多道地震反射波，并将数据反馈给采集主机；
E、采用互相关处理从检波器2接收的多道地震直达波及地震反射波中提取出该检波器2接收各道地震反射波的共检波器道集，具体过程为：
a、先选择一个电控震源4，并根据步骤B确定该电控震源4与检波器2之间的距离，将检波器2接收该电控震源4产生的地震直达波信号，确定为参考信号，并确定该参考信号的初至波走时(即该道地震直达波从该电控震源4发出到该检波器2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 BDA0002486423940000041
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4地震直达波信息，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为同一电控震源4产生地震直达波遇到前方异常地质构造后反射的地震反射波，然后以参考信号的初至波走时为基准，得到该电控震源4的地震反射波的初至波走时；
c、重复步骤a和b，能得出其余电控震源的地震反射波的初至波走时，从而得出该检波器2接收各道地震反射波的共检波器道集；
F、根据各个电控震源4和检波器2之间的位置关系及初至波走时，进行地震反射波偏移成像，具体为：
①采用τ-p法对步骤E得出的共检波器道集进行各个地震反射波提取；设(t,x)域的二维信号
Figure BDA0002486423940000051
经转换到(τ,p)域后的二维信号为φ(τ,p)，则τ-p的正反变换公式为：
Figure BDA0002486423940000052
Figure BDA0002486423940000053
其中，t为t-x域中的初至波走时，x为电控震源4与检波器2之间的距离，p为射线变量(水平波慢度)，τ为射线变量在时间轴上的截距；
经过上述方法能提取出各个电控震源的地震反射波数据；
②根据步骤①提取的各个地震反射波数据，采用已知的叠前绕射偏移成像进行处理，得到巷道前方异常地质构造的分布。
进一步，所述电控震源4为***。

Claims (2)

1.一种多震源同时激发的巷道地震反射超前探测方法，其特征在于，具体步骤为：
A、在巷道迎头中间位置沿预采掘方向打设钻孔，在钻孔内等间距的布设多个电控震源，完成后将各个电控震源的起爆线引出至钻孔孔口；
B、在巷道一侧帮距离迎头100米的范围内，布设一个检波器，检波器通过连接主线与采集主机连接，使检波器和采集主机形成地震超前探测观测***，并记录各个电控震源和该检波器之间的位置关系；
C、将步骤A中的各个电控震源通过起爆线并联在低压***上；
D、启动低压***，使各个电控震源同时激发产生多道地震波，检波器持续接收各个电控震源产生的多道地震直达波及各道地震直达波遇到前方异常地质构造后反射的多道地震反射波，并将数据反馈给采集主机；
E、采用互相关处理从检波器接收的多道地震直达波及地震反射波中提取出该检波器接收各道地震反射波的共检波器道集，具体过程为：
a、先选择一个电控震源，并根据步骤B确定该电控震源与检波器之间的距离，将检波器接收该电控震源产生的地震直达波信号，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 FDA0002486423930000011
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直达波信息，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为同一电控震源产生地震直达波遇到前方异常地质构造后反射的地震反射波，然后以参考信号的初至波走时为基准，得到该电控震源的地震反射波的初至波走时；
c、重复步骤a和b，能得出其余电控震源的地震反射波的初至波走时，从而得出该检波器接收各道地震反射波的共检波器道集；
F、根据各个电控震源和检波器之间的位置关系及初至波走时，进行地震反射波偏移成像，具体为：
①采用τ-p法对步骤E得出的共检波器道集进行各个地震反射波提取；设(t,x)域的二维信号
Figure FDA0002486423930000021
经转换到(τ,p)域后的二维信号为φ(τ,p)，则τ-p的正反变换公式为：
Figure FDA0002486423930000022
Figure FDA0002486423930000023
其中，t为t-x域中的初至波走时，x为电控震源与检波器之间的距离，p为射线变量，τ为射线变量在时间轴上的截距；
经过上述方法能提取出各个电控震源的地震反射波数据；
②根据步骤①提取的各个地震反射波数据，采用已知的叠前绕射偏移成像进行处理，得到巷道前方异常地质构造的分布。
2.根据权利要求1所述的一种多震源同时激发的巷道地震反射超前探测方法，其特征在于，所述电控震源为***。
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