CN112130206A - 一种井下巷道全空间地震探测***及探测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种井下巷道全空间地震探测***及探测方法，包括矿井地震仪主机、采集站、孔中检波器、***、数据传输小线、数据传输总线和震源触发线；测点布置在巷道内外侧帮的煤层及顶底板上的不同空间位置，采集站同时采集不同空间位置的地震数据进行存储，矿井地震仪主机将采集的地震数据存储处理并实时显示成图。巷道两侧帮地震数据通过振幅对比法和走时对比法进行反射波联合数据处理和解释；测点不同垂向高度的地震数据通过数据特征分析法和异常交汇分析法进行联合数据处理和解释，本发明能够获得井下巷道全空间地震数据，充分利用井下巷道的有限空间，更准确的确定探测范围内的地质异常体及其性质，为煤矿的安全生产提供可靠的地质资料。
Description
技术领域
本发明涉及一种矿井地震探测***与方法，属于地球物理勘探技术领域，具体涉及一种井下巷道全空间地震探测***及探测方法。
背景技术
矿井地震探测技术是解决矿井掘进工作面和回采工作面地质异常探测最有效的方法之一，适合大范围、长距离快速探测。这项技术不仅能提前探测掘进巷道前方和回采工作面内部的陷落柱、断层等地质构造，还能探测煤厚变化区、煤层破碎带、应力集中区等其他地质异常，从而为煤矿提供良好的地质保障。现有技术中，开展回采工作面探测时，仅在回采工作面内侧帮布置一排炮点和检波点进行探测，缺少煤层及顶底板等不同深度位置的地震波场信息，获取的地震信息十分有限；在做工作面内反射探测时，地震反射信号除了来自于工作面内部，工作面外侧的地质异常体反射信号也同时被检波器接收到，在数据处理和资料解释时，常产生一些假异常，同时对异常区难以进行准确的地质异常性质判别；在做工作面透射地震探测时，煤层内部及顶底板附近能够接收到P波、S波、L波和R波信号，但不同类型的地震波在不同的深度位置其振幅、频率等信息均有不同，对不同类型的地质异常体反映也不相同，但以往的探测工程只在煤层内的一个深度上采集地震数据，其他垂向的地震信息没有采集，数据处理和解释时缺少信息约束，有时将造成误报、漏报或异常解释偏差较大和异常性质难以判定等问题。因此，本发明提供了一种井下巷道全空间地震探测***及探测方法，能够实现矿井巷道全空间多波地震探测，在巷道内不同层位激发和接收地震波可以获得丰富全面的地质信息，可以充分利用纵波、横波和煤层中传播的槽波等多种地震波信息，综合各个层面的信息进行多参数约束解释可用于地质异常体的精细探测和性质判别。井下巷道全空间地震探测***与方法能够充分发挥出矿井地震在探测领域的价值，为煤矿安全开采提供充分可靠的指导信息。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明提供一种井下巷道全空间地震探测***及探测方法，充分发挥出矿井地震在探测领域的价值，为煤矿安全开采提供充分可靠的指导信息。
一种井下巷道全空间地震探测***，所述探测***包括矿井地震仪主机、采集站、孔中检波器、***、数据传输总线、数据传输小线和震源触发线，所述矿井地震仪主机通过数据传输总线与各采集站连接，所述采集站通过数据传输小线与各孔中检波器连接，所述***一端通过震源触发线与地震仪主机连接，另一端***相连接，地震数据测点布置在巷道内外侧帮的煤层及顶底板上的不同空间位置，所述测点包括检波点和炮点，所述***设置在炮点的炮孔内，所述孔中检波器设置在检波点处，所述采集站能够同时采集不同空间位置的多道地震数据并进行存储，所述矿井地震仪主机能够同时采集各道地震数据并将各采集站采集的地震数据快速存储处理并按照自定义数据集实时显示成图。
进一步地，所述孔中检波器为三分量检波器。
进一步地，所述检波点和炮点间隔交错布置。
进一步地，所述自定义数据集为按照测线或测点组合方式实现。
进一步地，煤层顶板测点布置在煤层顶板以上1-5m位置，煤层底板测点布置在煤层底板以下1-5m位置，巷道内外侧帮测点布置在煤层底板以上1-3m位置。
一种井下巷道全空间地震探测方法，所述探测方法包括以下步骤：
步骤1、根据探测目的和需求在巷道内外侧帮的煤层及顶底板上不同空间位置设置测点；
步骤2、根据测点的设置，进行探测***连接，在所述测点上布置检波点和炮点，炮点内设置***，检波点内放置孔中检波器；
步骤3、引爆***同时进行地震数据采集与处理，地震数据处理包括工作面反射地震数据处理和工作面透射及反射地震数据处理；通过工作面反射地震数据处理分别获得巷道内侧帮煤层及外侧帮煤层的反射地震探测成果图，采用走时对比法和振幅对比法对所采集的巷道内外侧帮的煤层上的地震数据进行反射波联合数据处理和解释，判断地质异常的发育方向和位置；通过工作面透射及反射地震数据处理对巷道内外侧帮的煤层及顶底板上不同垂向高度的测点所采集的地震数据进行透射和反射地震数据分析，得到不同垂向高度的探测成果图，并分别圈定异常范围，形成地质异常体解释的关键约束信息；
步骤4、获取巷道全空间地震综合探测成果，对尚未验证的探测异常区进行解释，最终给出准确的地质异常的发育范围和特征地质信息。
进一步地，所述步骤3中的工作面反射地震数据处理方法为：通过走时对比法确定在巷道内侧帮煤层和外侧帮煤层的反射波来自同一侧还是不同侧，若反射波同相轴走时相同、走向一致，则反射波来自同一侧，反之则来自于两侧，若反射波来自同一侧，通过振幅对比法，对比巷道内侧帮煤层和外侧帮煤层的反射信号振幅大小进行对比，判断反射波是来自于巷道内侧帮方向还是外侧帮方向。
进一步地，所述步骤3中的工作面透射和反射地震数据处理方法为：对巷道内外侧帮的煤层及顶底板的不同垂向高度的地震数据通过数据特征分析法和异常交汇分析法进行联合数据处理和解释，通过数据特征分析法分析不同垂向高度地震数据的振幅特征和频散特征，通过异常交汇分析法分析纵波、横波、槽波及不同垂向高度的探测成果异常交汇，给出异常重叠区及异常最大范围，分析每个垂向高度的地震数据振幅特征、频散特征及成像结果中的异常强度和范围，结合已经揭露的地质异常体信息，明确每个垂向高度地震数据特征及成像结果中的异常特征与已知地质异常体的对应关系，形成地质异常体解释的关键约束信息。
矿井地震仪主机通过数据传输总线将各采集站采集的数据汇总存储并实时显示成图，能够同时采集各道地震数据，实现煤矿井下多道数据快速采集和现场数据质量监控，基于巷道两侧帮煤层的地震数据及顶底板不同垂向高度的地震数据实现联合数据处理和解释；所述采集站能够同时采集测点不同垂向高度和轴向长度布置的各道地震数据，将煤层及顶底板的数据同时采集并存储；所述孔中检波器分别布置在巷道两侧帮的煤层和顶底板不同位置，同时采集巷道不同空间位置的地震信息；所述巷道两侧帮地震数据通过振幅对比法和走时对比法特征进行反射波联合数据处理和解释；所述煤层及顶底板不同垂向高度的地震数据通过数据特征分析法和异常交汇分析法等进行联合数据处理和解释。
有益效果：
(1)本发明由于单个采集站能够同时进行巷道两侧帮的煤层及顶底板不同空间位置的地震波场信息采集，且能够按照设计的不同道集方式进行现场数据质量监控，施工效率高，获得的波场信息丰富。因此，本发明能够获得巷道全空间地震信息，能够按照不同的道集进行现场质量监控。
(2)本发明充分利用煤矿巷道可用的有限空间，同时获得巷道两侧帮的煤层及顶底板不同空间位置的地震波场信息，能够实现矿井地震巷道全空间地震成像。即对工作面内部实现了透射-反射联合精细探测，对工作面外侧地质构造也进行了反射探测；通过巷道内外侧反射信号走时和振幅强弱关系判断异常的发育方向和位置，从而减少巷道内外两侧的异常体反射波对另一侧地质构造探测的影响；基于垂向多测线数据和成像结果，利用数据特征分析法和异常交汇分析法，形成地质异常体解释的关键约束信息，从而提升异常范围圈定精度和异常性质判别的准确度。因此，本发明能够提供不同方位和不同垂向高度的地震信息，为准确的进行异常圈定和性质判别等地质解释提供更可靠的地球物理依据。
附图说明
图1是本发明巷道全空间地震探测***结构示意图，
图2是本发明工作面地震探测时的测点布置俯视图，
图3是本发明工作面地震探测时各侧帮的炮点和检波点布置正视图，
图4是巷道全空间地震探测方法主要流程图。
图中：1-矿井地震仪主机、2-采集站、3-孔中检波器、4-***、5-数据传输总线、6-数据传输小线、7-震源触发线、8-顶板、9-煤层、10-底板、11-测点、12-巷道内侧帮、13-巷道外侧帮、14-炮点、15-检波点。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
一种井下巷道全空间地震探测***，包括矿井地震仪主机1、采集站2、孔中检波器3、***4、数据传输总线5、数据传输小线6、震源触发线7；所述矿井地震仪主机1通过数据传输总线5与采集站2连接；所述采集站2通过数据传输小线6与孔中检波器连接3；所所述***4一端通过震源触发线7与地震仪主机1相连，另一端与炮孔内***相连，通过地震仪主机1控制***4按照数据采集人员的要求进行放炮；所述测点11包括检波点和炮点，布置在巷道内侧帮12和巷道外侧帮13上；所述炮点14和检波点15分别布置在煤层顶板8、煤层9和煤层底板10的不同位置处；所述孔中检波器3安置于检波点15处。
进行数据采集之前，首先进行观测***设计，在巷道内侧帮12和巷道外侧帮13均匀布置测点11，共布置80个测点，测点间距10m，炮点14和检波点15间隔交错布置，炮点14横向间距为20m，检波点横向间距为20m；在巷道内侧帮12垂向上布置5组设计炮点14和检波点15，煤层底板10下方2m布置1组炮点14和检波点15，煤层底板10上方1m、2m和3m处分别布置1组炮点14和检波点15，煤层顶板8上方2m布置1组炮点14和检波点15；在巷道外侧帮13布置3组炮点14和检波点15，煤层底板10下方2m布置1组炮点14和检波点15，煤层底板10上方2m布置1组炮点14和检波点15，煤层顶板8上方2m布置1组炮点14和检波点15；因此，共计布置8条测线。
所述孔中检波器3为三分量检波器，分别布置在设计的巷道内侧帮12及巷道外侧帮13的煤层9、煤层顶板8和煤层底板10检波点处。
所述采集站2布置在靠近测点11处，通过数据传输小线6与孔中检波器3连接，同时采集本测点煤层9、煤层顶板8和煤层底板10中布置的8个孔中检波器3的地震数据，共24道地震数据，同时采集、存储并通过数据传输总线5与矿井地震仪主机1连接。
所述矿井地震仪主机1能够将各采集站采集的数据快速存储并按照测线或测点组合方式实时显示成图，实现数据采集的现场质量监控，能够同时采集80个测点共1920道(每个测点24道)地震数据，实现多道数据快速采集。
所述矿井地震仪主机能够将各采集站采集的数据快速存储并按照自定义数据集实时显示成图，实现数据采集的现场质量监控，能够同时采集各道地震数据，实现煤矿井下多道数据快速采集和现场数据质量监控。
所述采集站能够同时采集测点垂向和轴向不同空间位置布置的道地震数据，将布置在煤层及顶底板垂向和轴向不同空间位置的数据同时采集并存储。
所述孔中检波器为三分量检波器，能够布置在巷道两侧帮煤层和顶底板不同空间位置。
在数据采集时可以在巷道两侧(内侧帮和外侧帮)的煤层及顶底板不同空间位置同时布置炮点和检波点，同时采集巷道不同空间位置的地震信息；具体施工时可根据探测目的和需求进行合理的观测***设计。
在进行工作面反射地震数据处理解释时，分别获得巷道内外侧帮的反射地震探测成果图，同时对巷道外侧帮煤层和巷道内侧帮煤层的地震数据进行处理；在巷道内侧帮和外侧帮的煤层均呈现相似的反射特征时，反射波来自巷道内侧帮或外侧帮，通过走时对比法，对比反射波同相轴走时是否相同、走向是否一致，确定反射波来自同一侧还是不同侧；若反射波同相轴走时相同、走向一致，则反射波来自同一侧，反之则可能来自于两侧。若反射波来自同一侧，需要通过振幅对比法，对比巷道内侧帮和外侧帮的反射信号振幅大小，判断来自于巷道内侧帮还是巷道外侧帮方向，从而减少巷道内外两侧的异常体反射波对另一侧地质构造探测的影响。由于巷道对地震波的反射信号有较强的阻隔衰减作用，因此，工作面内部发育地质构造时，巷道内侧帮的反射信号振幅相对较强，巷道外侧帮的反射信号振幅相对较弱；同样，工作面外部发育地质构造时，巷道外侧帮的反射信号振幅相对较强，巷道内侧帮的反射信号振幅相对较弱。通过走时对比法和振幅对比法，可以判断异常的发育方向和位置，从而减少巷道内外两侧的异常体反射波对另一侧地质构造探测的影响，进而提高探测准确率。
在进行工作面透射及反射地震数据处理时，采用巷道内外侧帮的煤层及顶底板不同垂向高度的测点的地震数据通过数据特征分析法和异常交汇分析法等进行联合数据处理和解释。对不同垂向高度的地震数据分别进行数据处理，从而得到不同垂向高度的探测成果图，分别圈定异常范围。数据特征分析法重点在于分析不同垂向高度地震数据的振幅特征、频散特征，包括纵波、横波和槽波的变化特征。异常交汇分析法重点在于纵波、横波和槽波及不同垂向高度的探测成果异常交汇，给出异常重叠区及异常最大范围等信息；通过详细分析每个垂向高度的地震数据振幅、频散特征及成像结果中的异常强度和范围，结合已经揭露的断层、陷落柱、煤体破碎带等地质异常体信息，明确每个垂向地震数据特征及成像结果中的异常特征与已知地质异常体的对应关系，形成地质异常体解释的关键约束信息；依据总结出的方法对其他尚未验证的探测异常区进行解释，最终给出更为准确的断层、穿层陷落柱、底板下隐伏陷落柱、煤体破碎带、煤厚变化等不同类型地质异常的发育范围、特征等地质信息。
一种井下巷道全空间地震探测方法，所述探测方法包括以下步骤：
步骤1、根据探测目的和需求在巷道内外侧帮的煤层及顶底板上不同空间位置设置测点；
步骤2、根据测点的设置，进行探测***连接，在所述测点上布置检波点和炮点，炮点内设置***，检波点内放置孔中检波器；
步骤3、引爆***同时进行地震数据采集与处理，地震数据处理包括工作面反射地震数据处理和工作面透射及反射地震数据处理；通过工作面反射地震数据处理分别获得巷道内侧帮煤层及外侧帮煤层的反射地震探测成果图，采用走时对比法和振幅对比法对所采集的巷道内外侧帮的煤层上的地震数据进行反射波联合数据处理和解释，判断地质异常的发育方向和位置；通过工作面透射及反射地震数据处理对巷道内外侧帮的煤层及顶底板上不同垂向高度的测点所采集的地震数据进行透射和反射地震数据分析，得到不同垂向高度的探测成果图，并分别圈定异常范围，形成地质异常体解释的关键约束信息；
步骤4、获取巷道全空间地震综合探测成果，对尚未验证的探测异常区进行解释，最终给出准确的地质异常的发育范围和特征地质信息。
当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种井下巷道全空间地震探测***，其特征在于，所述探测***包括矿井地震仪主机、采集站、孔中检波器、***、数据传输总线、数据传输小线和震源触发线，所述矿井地震仪主机通过数据传输总线与各采集站连接，所述采集站通过数据传输小线与各孔中检波器连接，所述***一端通过震源触发线与地震仪主机连接，另一端***相连接，地震探测数据采集测点布置在巷道内外侧帮的煤层及顶底板上的不同空间位置，所述测点包括检波点和炮点，所述***设置在炮点的炮孔内，所述孔中检波器设置在检波点处，所述采集站能够同时采集不同空间位置的多道地震数据并进行存储，所述矿井地震仪主机能够同时采集各道地震数据并将各采集站采集的地震数据快速存储处理并按照自定义数据集实时显示成图。
2.根据权利要求1所述的一种井下巷道全空间地震探测***，其特征在于，所述孔中检波器为三分量检波器。
3.根据权利要求1所述的一种井下巷道全空间地震探测***，其特征在于，所述检波点和炮点间隔交错布置。
4.根据权利要求1所述的一种井下巷道全空间地震探测***，其特征在于，所述自定义数据集为按照测线或测点组合方式实现。
5.根据权利要求1所述的一种井下巷道全空间地震探测***，其特征在于，煤层顶板测点布置在煤层顶板以上1-5m位置，煤层底板测点布置在煤层底板以下1-5m位置，巷道内外侧帮测点布置在煤层底板以上1-3m位置。
6.一种采用权利要求1-5之一所述的一种井下巷道全空间地震探测***的探测方法，其特征在于，所述探测方法包括以下步骤：
步骤1、根据探测目的和需求在巷道内外侧帮的煤层及顶底板上不同空间位置设置测点；
步骤2、根据测点的设置，进行探测***连接，在所述测点上布置检波点和炮点，炮点内设置***，检波点内放置孔中检波器；
步骤3、引爆***同时进行地震数据采集与处理，地震数据处理包括工作面反射地震数据处理和工作面透射及反射地震数据处理；通过工作面反射地震数据处理分别获得巷道内侧帮煤层及外侧帮煤层的反射地震探测成果图，采用走时对比法和振幅对比法对所采集的巷道内外侧帮的煤层上的地震数据进行反射波联合数据处理和解释，判断地质异常的发育方向和位置；通过工作面透射及反射地震数据处理对巷道内外侧帮的煤层及顶底板上不同垂向高度的测点所采集的地震数据进行透射和反射地震数据分析，得到不同垂向高度的探测成果图，并分别圈定异常范围，形成地质异常体解释的关键约束信息；
步骤4、获取巷道全空间地震综合探测成果，对尚未验证的探测异常区进行解释，最终给出准确的地质异常的发育范围和特征地质信息。
7.根据权利要求6所述的探测方法，其特征在于，所述步骤3中的工作面反射地震数据处理方法为：通过走时对比法确定在巷道内侧帮煤层和外侧帮煤层的反射波来自同一侧还是不同侧，若反射波同相轴走时相同、走向一致，则反射波来自同一侧，反之则来自于两侧，若反射波来自同一侧，通过振幅对比法，对比巷道内侧帮煤层和外侧帮煤层的反射信号振幅大小进行对比，判断反射波是来自于巷道内侧帮方向还是外侧帮方向。
8.根据权利要求6所述的探测方法，其特征在于，所述步骤3中的工作面透射和反射地震数据处理方法为：对巷道内外侧帮的煤层及顶底板的不同垂向高度的地震数据通过数据特征分析法和异常交汇分析法进行联合数据处理和解释，通过数据特征分析法分析不同垂向高度地震数据的振幅特征和频散特征，通过异常交汇分析法分析纵波、横波、槽波及不同垂向高度的探测成果异常交汇，给出异常重叠区及异常最大范围，分析每个垂向高度的地震数据振幅特征、频散特征及成像结果中的异常强度和范围，结合已经揭露的地质异常体信息，明确每个垂向高度地震数据特征及成像结果中的异常特征与已知地质异常体的对应关系，形成地质异常体解释的关键约束信息。
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|---|---|---|---|---|
| CN111722269A (zh) * | 2020-05-29 | 2020-09-29 | 徐州恒佳机械科技有限公司 | 一种深部煤层探测***及控制方法 |
| CN114089417A (zh) * | 2021-11-24 | 2022-02-25 | 河北煤炭科学研究院有限公司 | 基于底板巷的微震监测阵列布置方法 |
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2020
- 2020-09-24 CN CN202011012242.4A patent/CN112130206A/zh active Pending
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
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| CN114089417A (zh) * | 2021-11-24 | 2022-02-25 | 河北煤炭科学研究院有限公司 | 基于底板巷的微震监测阵列布置方法 |
| CN114089417B (zh) * | 2021-11-24 | 2024-04-02 | 河北煤炭科学研究院有限公司 | 基于底板巷的微震监测阵列布置方法 |
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