CN112255687B - 一种回采工作面随采地震采煤机震源函数重构方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种震源函数重构方法及装置，属于地球物理勘探技术领域，具体是涉及一种回采工作面随采地震采煤机震源函数重构方法及装置。本发明重构出的震源函数主要的波场分量与采集信号中的优势波场相同，如果原始采集信号中纵波为优势波场，则重构的震源函数中纵波与实际震源函数等效，而横波波场则由于非相干叠加而被削弱；反之，横波与实际震源函数等效，而纵波分量被削弱。本发明能够通过远场信号重构采煤机震源函数，为随采地震干涉技术提供参考信号。

Description

一种回采工作面随采地震采煤机震源函数重构方法及装置

技术领域

本发明涉及一种震源函数重构方法及装置，属于地球物理勘探技术领域，具体是涉及一种回采工作面随采地震采煤机震源函数重构方法及装置。

背景技术

由于安全问题，传统地震勘探的***震源在煤矿井下是受限的，因而矿井地震勘探需要解决震源问题。近几年，以采煤机截割煤壁时的振动作为震源的随采地震探测技术逐渐成为了煤矿井下地震勘探的研究热点。这种探测技术能够实现对采煤工作面内静态地质构造高精度探测和开采动力灾害的监测预警，为采煤工作面的地质透明化、开采智能化提供数据支撑。

但由于采煤机采煤时是不断移动的，因此其震源信号在时间上是连续的，空间上又是运动的，使得采集数据无法直接应用。最直接方法是在采煤机附近安装检波器以接收震源的近场信号，作为地震干涉的参考信号。但由于采煤机是移动的，检波器的安装以及数据的实时回传难以实现，因此在没有近场信号的情况下无法获得采煤机震源的格林函数。在没有采煤机震源函数时，随采地震无法实现对数据的脉冲化处理，以及后续的波场提取和成像。

发明内容

本发明主要的目的是解决现有技术中所存在的上述的技术问题，提供了一种回采工作面随采地震采煤机震源函数重构方法及装置。该方法及装置能够通过远场信号重构采煤机震源函数，为随采地震干涉技术提供参考信号。

为解决上述问题，本发明的方案是：

一种回采工作面随采地震采煤机震源函数重构方法，包括：

数据采样步骤，对采集到的震源数据进行分段离散采样，并将任意两道记录的采 样数据进行归一化互相关处理，获得任意两道记录之间的采样数据的互相关系数和互相关走时；丢弃互相关系数均方根大于给定阈值的时段对应的采样数据；

位置计算步骤，利用互相关走时进行定位得到采煤机在各时间段内对应的位置；

相位校正步骤，利用互相关走时进行定位计算出震源到接收点的绝对走时，利用各接收点的绝对走时对该接收点的采样数据进行相位校正；

数据叠加步骤，叠加各个时段对应的相位校正后的采样数据，得到各个时间段内采煤机位置处重构后的震源函数。

优选的，上述的一种回采工作面随采地震采煤机震源函数重构方法，还包括：

数据监测步骤，利用距离回采工作面两侧顺槽预定距离安装的浅孔检波器和/或在工作面进尺方向距切眼预定距离的对穿孔中安装的深孔多级检波器采集震源数据。

优选的，上述的一种回采工作面随采地震采煤机震源函数重构方法，所述数据采 样步骤中，基于下式计算互相关系数均方根：

式中，N为检波器个数，i,j为检波器编号，取整数；c_ij为第i个检波器和第j个检波器数据的互相关系数。

优选的，上述的一种回采工作面随采地震采煤机震源函数重构方法，所述相位校 正步骤中基于下式计算震源到接收点的绝对走时：

式中，t_i为采煤机震源到第i个接收点的绝对走时，t_j为采煤机震源到第j个接收点的绝对走时，互相关走时ΔT_ij。

优选的，上述的一种回采工作面随采地震采煤机震源函数重构方法，所述相位校 正步骤中基于下式利用各道的绝对走时t，对该道数据进行相位校正：

式中，第i道数据表示为f_i(t)，t_i为采煤机震源到第i个接收点的绝对走时，为相位校正后的数据。

一种回采工作面随采地震采煤机震源函数重构装置，包括：

数据采样模块，对采集到的震源数据进行分段离散采样，并将任意两道记录的采 样数据进行归一化互相关处理，获得任意两道记录之间的采样数据的互相关系数和互相关走时；丢弃互相关系数均方根大于给定阈值的时段对应的采样数据；

位置计算模块，利用互相关走时进行定位得到采煤机在各时间段内对应的位置；

相位校正模块，利用互相关走时进行定位计算出震源到接收点的绝对走时，利用各接收点的绝对走时对该接收点的采样数据进行相位校正；

数据叠加模块，叠加各个时段对应的相位校正后的采样数据，得到各个时间段内采煤机位置处重构后的震源函数。

优选的，上述的一种回采工作面随采地震采煤机震源函数重构装置，还包括：

数据监测模块，利用距离回采工作面两侧顺槽预定距离安装的浅孔检波器和/或在工作面进尺方向距切眼预定距离的对穿孔中安装的深孔多级检波器采集震源数据。

优选的，上述的一种回采工作面随采地震采煤机震源函数重构装置，所述数据采 样模块中，基于下式计算互相关系数均方根：

式中，N为检波器个数，i,j为检波器编号，取整数；c_ij为第i个检波器和第j个检波器数据的互相关系数。

优选的，上述的一种回采工作面随采地震采煤机震源函数重构装置，所述相位校 正模块中基于下式计算震源到接收点的绝对走时：

式中，t_i为采煤机震源到第i个接收点的绝对走时，t_j为采煤机震源到第j个接收点的绝对走时，互相关走时ΔT_ij。

优选的，上述的一种回采工作面随采地震采煤机震源函数重构装置，所述相位校 正模块中基于下式利用各道的绝对走时t，对该道数据进行相位校正：

式中，第i道数据表示为f_i(t)，t_i为采煤机震源到第i个接收点的绝对走时，为相位校正后的数据。

因此，与现有技术相比，本发明的优点是：本发明重构出的震源函数主要的波场分量与采集信号中的优势波场相同，如果原始采集信号中纵波为优势波场，则重构的震源函数中纵波与实际震源函数等效，而横波波场则由于非相干叠加而被削弱；反之，横波与实际震源函数等效，而纵波分量被削弱。

附图说明

并入本文并形成说明书的一部分的附图例示了本发明的实施例，并且附图与说明书一起进一步用于解释本发明的原理以及使得所属领域技术人员能够制作和使用本公开。

图1为数据采集观测***及装置布置示意图；

图2为回采工作面随采地震采煤机震源函数重构数据处理流程图。

将参照附图描述本发明的实施例。

具体实施方式

实施例

如图1，在回采工作面两侧顺槽按一定间隔(推荐10米)以垂直煤壁方向打2米深浅孔，同时在距离切眼一定距离(推荐距离等于工作面宽度)处以垂直煤壁方向打对穿孔；

在布置的浅孔中安装浅孔单级检波器，在对穿孔中布置深孔多级检波器串(级间距应与浅孔间距等同)，并用1米以上的炮泥封堵孔口，压制声波干扰。其中，多级检波器是为了在一个深孔中塞入多个单级检波器(塞入的位置不同)，这些检波器必须相互连接(便于数据传输以及整体安装回收等)。

如图1，将检波器通过数据线与数据采集站连接，将防爆电源线连接到数据采集站，通过数据线缆将数据采集站与交换机连接，交换机与地面数据存储站连接；

配置采样频率、增益以及前置滤波参数等，开始数据采集；

为解决采煤机移动震源问题，将采集到的数据按一定时间间隔(推荐20s)分段，每个时间段内近似认为采煤机是静止的，后续各时间段数据按顺序分别进行处理；

取一时间段数据，对该数据分别进行去野值、去零漂、工频干扰压制和带通滤波等预处理；

利用归一化互相关分别对任意两道数据计算出其互相关系数c_ij以及相对走时ΔT_ij；

利用公式其中N为检波器个数。一个检波器对应一道记录，两个检波器可以得到两道数据。当σ≥ε(ε为给定阈值，建议取值为0.4)时判断该时间段内采煤机处于截割状态，数据为有效数据，转下一步继续处理；否则为无效数据，第6)步骤处理下一时间段数据；

利用得到的相对走时ΔT_ij，通过互相关走时定位方法，得到采煤机在该时间段内的位置X_s；

利用互相关相对走时构建如下方程：

其中，t_i为采煤机震源到第i个接收点的绝对走时，通过求解改矩阵方程，可到得到所有接收点的绝对走时t；

利用各道的绝对走时t，对该道数据进行相位校正：假设第i道数据表示为f_i(t)，则校正后的数据为t_i为采煤机震源到第i个接收点的绝对走时；

利用公式叠加所有相位校正后的数据，最终得到的f(t)就是该时间段内采煤机位置X_s处的震源函数f(X_s,t)；

重复5)-12)步骤，按时间顺序完成所有时间段内采煤机震源函数的重构。

通过以上描述可知，本实施例重构出的震源函数主要的波场分量与采集信号中的优势波场相同，如果原始采集信号中纵波为优势波场，则重构的震源函数中纵波与实际震源函数等效，而横波波场则由于非相干叠加而被削弱；反之，横波与实际震源函数等效，而纵波分量被削弱。

本实施例中，尽管为使解释简单化将上述方法图示并描述为一系列动作，但是应理解并领会，这些方法不受动作的次序所限，因为根据一个或多个实施例，一些动作可按不同次序发生和/或与来自本文中图示和描述或本文中未图示和描述但本领域技术人员可以理解的其他动作并发地发生。

注意到，说明书中对“一个实施例”、“实施例”、“示例实施例”、“一些实施例”等的引用指示所描述的实施例可以包括特定特征、结构或特性，但是每个实施例可以不必包括所述特定特征、结构或特性。而且，这样的短语不必指代同一实施例。此外，当结合实施例描述特定特征、结构或特性时，无论是否明确描述，结合其他实施例来实现这样的特征、结构或特性将在所属领域的技术人员的知识范围内。

提供对本公开的先前描述是为使得本领域任何技术人员皆能够制作或使用本公开。对本公开的各种修改对本领域技术人员来说都将是显而易见的，且本文中所定义的普适原理可被应用到其他变体而不会脱离本公开的精神或范围。由此，本公开并非旨在被限定于本文中所描述的示例和设计，而是应被授予与本文中所公开的原理和新颖性特征相一致的最广范围。

Claims (10)

1.一种回采工作面随采地震采煤机震源函数重构方法，其特征在于，包括：

数据采样步骤，对采集到的震源数据进行分段离散采样，并将任意两道记录的采样数据进行归一化互相关处理，获得任意两道记录之间的采样数据的互相关系数和互相关走时；丢弃互相关系数均方根小于给定阈值的时段对应的采样数据；

位置计算步骤，利用互相关走时进行定位得到采煤机在各时间段内对应的位置；

相位校正步骤，利用互相关走时进行定位计算出震源到接收点的绝对走时，利用各接收点的绝对走时对该接收点的采样数据进行相位校正；

数据叠加步骤，叠加各个时段对应的相位校正后的采样数据，得到各个时间段内采煤机位置处重构后的震源函数。

2.根据权利要求1所述的一种回采工作面随采地震采煤机震源函数重构方法，其特征在于，还包括：

数据监测步骤，利用距离回采工作面两侧顺槽预定距离安装的浅孔检波器和/或在工作面进尺方向距切眼预定距离的对穿孔中安装的深孔多级检波器采集震源数据。

3.根据权利要求1所述的一种回采工作面随采地震采煤机震源函数重构方法，其特征在于，所述数据采样步骤中，基于下式计算互相关系数均方根：

式中，N为检波器个数，i,j为检波器编号，取整数；c_ij为第i个检波器和第j个检波器数据的互相关系数。

4.根据权利要求1所述的一种回采工作面随采地震采煤机震源函数重构方法，其特征在于，所述相位校正步骤中基于下式计算震源到接收点的绝对走时：

式中，t_i为采煤机震源到第i个接收点的绝对走时，t_j为采煤机震源到第j个接收点的绝对走时，互相关走时ΔT_ij。

5.根据权利要求1所述的一种回采工作面随采地震采煤机震源函数重构方法，其特征在于，所述相位校正步骤中基于下式利用各道的绝对走时t，对该道数据进行相位校正：

式中，第i道数据表示为f_i(t)，t_i为采煤机震源到第i个接收点的绝对走时，为相位校正后的数据。

6.一种回采工作面随采地震采煤机震源函数重构装置，其特征在于，包括：

数据采样模块，对采集到的震源数据进行分段离散采样，并将任意两道记录的采样数据进行归一化互相关处理，获得任意两道记录之间的采样数据的互相关系数和互相关走时；丢弃互相关系数均方根小于给定阈值的时段对应的采样数据；

位置计算模块，利用互相关走时进行定位得到采煤机在各时间段内对应的位置；

相位校正模块，利用互相关走时进行定位计算出震源到接收点的绝对走时，利用各接收点的绝对走时对该接收点的采样数据进行相位校正；

数据叠加模块，叠加各个时段对应的相位校正后的采样数据，得到各个时间段内采煤机位置处重构后的震源函数。

7.根据权利要求6所述的一种回采工作面随采地震采煤机震源函数重构装置，其特征在于，还包括：

数据监测模块，利用距离回采工作面两侧顺槽预定距离安装的浅孔检波器和/或在工作面进尺方向距切眼预定距离的对穿孔中安装的深孔多级检波器采集震源数据。

8.根据权利要求6所述的一种回采工作面随采地震采煤机震源函数重构装置，其特征在于，所述数据采样模块中，基于下式计算互相关系数均方根：

式中，N为检波器个数，i,j为检波器编号，取整数；c_ij为第i个检波器和第j个检波器数据的互相关系数。

9.根据权利要求6所述的一种回采工作面随采地震采煤机震源函数重构装置，其特征在于，所述相位校正模块中基于下式计算震源到接收点的绝对走时：

式中，t_i为采煤机震源到第i个接收点的绝对走时，t_j为采煤机震源到第j个接收点的绝对走时，互相关走时ΔT_ij。

10.根据权利要求6所述的一种回采工作面随采地震采煤机震源函数重构装置，其特征在于，所述相位校正模块中基于下式利用各道的绝对走时t，对该道数据进行相位校正：

式中，第i道数据表示为f_i(t)，t_i为采煤机震源到第i个接收点的绝对走时，为相位校正后的数据。