CN113703046A - 井下全空间地震波隐伏构造识别方法及*** - Google Patents

井下全空间地震波隐伏构造识别方法及*** Download PDF

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Abstract

本发明属于地球物理勘探技术领域，具体涉及井下全空间地震波隐伏构造识别方法及***，该方法采用独立采集单元，独立采集单元包括检波器、采集卡和计时器；计时器用于进行计时，检波器用于采集地震波数据并与采集的时刻进行关联，采集卡用于存储与采集的时刻关联后的地震波数据；该方法包括：初始化步骤，在地上将独立采集单元的计时器进行同步计时；点位设置步骤，根据勘测计划，在勘测工作面上设置检测点位后，将独立采集单元分别安装在各检测点位；采集获取步骤，通过独立采集单元的检波器检测各检测点位的地震波数据并存储在对应的采集卡中；分析步骤，读取地震波数据进行地质分析。本申请可以有效的提升勘测效率。

Description

井下全空间地震波隐伏构造识别方法及***
技术领域
本发明属于地球物理勘探技术领域，具体涉及井下全空间地震波隐伏构造识别方法及***。
背景技术
隐伏构造，指被第四纪松散沉积物所掩盖，或隐伏在表层基岩下面的地质构造。煤矿巷道掘进及工作面回采过程中，隐伏构造往往会影响正常生产，严重时还会造成安全生产事故。因此，需要对其进行准确的识别。
目前进行地面煤矿勘测的技术中，三维地震勘探受地形影响较大，而井下物探方法也因探测距离短、准确率差等因素很难满足生产需要，井下槽波地震勘探技术则凭借其施工方便、受影响因素小、解析精度高等优点，逐渐成为煤矿地质构造探测最理想的物探手段。槽波勘测时通常在勘探工作面上按照一定的道间距埋入敏感于振动信号的检波器阵列，检波器通过电缆连接于各采集站，每个采集站连接4个检波器，采集站采集检波器阵列的槽波地震数据并将地震数据保存在采集站的存储器中。由于勘测数据反演时需要知道槽波幅值和到达时间，一般现有仪器都是将各台采集站采用有线方式连接起来。
但是，煤矿井下的情况复杂，使用上述方式进行煤矿勘测，接线工作非常复杂，不仅耗时耗力，还容易出错，各种线路绕在一起的情况时有发生，导致勘测的效率低下。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种井下全空间地震波隐伏构造识别方法，可以有效的提升勘测效率。
本发明提供的基础方案为：
井下全空间地震波隐伏构造识别方法，采用独立采集单元，独立采集单元包括检波器、采集卡和计时器；计时器用于进行计时，检波器用于采集地震波数据并与采集的时刻进行关联，采集卡用于存储与采集的时刻关联后的地震波数据；该方法包括：
初始化步骤，在地上将独立采集单元的计时器进行同步计时；
点位设置步骤，根据勘测计划，在勘测工作面上设置检测点位后，将独立采集单元分别安装在各检测点位；
采集获取步骤，通过独立采集单元的检波器检测各检测点位的地震波数据并存储在对应的采集卡中；
分析步骤，读取各独立采集单元的采集卡内的地震波数据，并通过地震波数据进行地质分析。
基础方案工作原理及有益效果：
本方法采用独立采集单元进行检测点位的地震波数据采集，由于独立采集单元包括用于计时的计时器、用于采集地震波数据并与采集时刻进行关联的检波器、以及用于存储与采集的时刻关联后的地震波数据的采集卡。每个独立采集单元均可以独立完成单个采集检测点位的地震波数据采集。但是，进行分析时，由于需要对所有检测点位的地震波数据进行综合处理分析，也就是说，需要保证各检测点位的采集数据的时间是同步的。
因此，本申请中，会先在地上将独立采集单元的计时器进行同步计时，再将独立采集单元安装在各检测点位。这样，就可以实现各地理采集单元在采集数据时的时间同步性。之后，通过其检波器分别采集各检测点位的地震波数据并存储在对应的采集卡中。之后，将这些独立采集单元取出，并分别读取各采集卡内存储的地震波数据。由于这些地震波数据拥有时间同步性，可以准确的进行地质分析。
与现有技术将检波器通过电缆连接到采集站相比，使用本方案，只需要在安装独立采集单元前将其在地面上进行同步计时即可。无需组网、也无需连线，不用担心线路连接出错、也不用担心线路绕在一起，工作人员在勘测时不仅在安装时可节省大量的时间和精力，装置的存放及运输也会更加方便。
综上，本申请可以有效的提升勘测效率。
进一步，初始化步骤中，独立采集单元的计时器通过GPS授时的方式进行同步计时。
有益效果：不仅操作方便，并且GPS授时的精度非常高，满足本方案的需求，除此，GSP授时技术成熟，操作起来的稳定性也非常好。
进一步，还包括能量分析步骤，基于历史采集数据，对地震波遇到异常构造体时的能量衰减规律进行分析，得到异常衰减表；
分析步骤中，进行地质分析时，根据地震波数据，基于地震波的传播路径得到地震波能量衰减图后，结合异常衰减表进行CT层析成像。
有益效果：使用这样的方式，对采集数据进行分析时，可以直接知道存在异常构造体的分布情况，以及各处异常构造体的类型。便于进行针对性的防护措施。
进一步，能量分析步骤中，异常构造体包括断层、陷落柱和煤岩夹矸区。
有益效果：通过这些异常构造体的历史数据分析得到的异常衰减表，足以对常规的煤矿进行CT层析成像。
进一步，独立采集单元还包括微处理器、光敏传感器及警报发射器；微处理器分别与采集卡、光明传感器及警报发射器电连接；微处理器用于采集卡接收完地震波数据后预设时长内，光敏传感器的反馈结果为持续无光时，控制警报发射器发出警报；
还包括装置取出步骤，取出独立采集单元，若未取出所有的独立单元，则根据警报取出未取出的独立采集单元。
有益效果：进行地震波采集时，地理采集单元需要埋在采集点的地面下。由于井下情况复杂，即使在采集点做了标记，有时候会仍然会出现数据采集完后，没有将独立采集单元全部取出的情况，进而影响到后续的地震波数据分析。工作人员需要再次下到井下去将未取出的独立采集单元取出，费时费力且效率低下。
使用本方案，埋在地下的光明传感器会持续反馈无光，若在取出独立采集单元没有全部取出来，仍埋在地下的独立采集单元的光敏传感器会在检波器接收完数据预设时长内持续给微处理器反馈无光，微处理器则会控制警报发射器发出警报。通过警报，工作人员就可以知道自己没有将独立采集单元全部取出来，避免出现因独立采集单元未全部取出，需要再次到井下将其取出的情况。
进一步，警报发射器通过无线信号的方式发送警报；还包括警报接收装置，用于接收警报发射器的无线信号。
由于效果：由于独立采集单元是埋在地下，通过声音或光线的方式发出警报的效果都不是很明显。本方案中，警报发射器通过无线信号(如蓝牙)的方式发送警报，工作人员只需要携带装有对应的无线接收模块(如蓝牙模块)的警报接收装置，就可以保证当独立采集单元未被及时取出时，能够清楚的获知信息。
进一步，每个独立采集单元均有自己的编号；警报接收装置还用于接收到警报发射器的无线信号时，显示对应独立采集单元的编号。
有益效果：当独立采集单元未被全部取出时，工作人员不仅可以及时了解情况，还可以了解具体是哪个/哪些独立采集单元未被取出，后续将其取出时效率更高。
本发明还提供一种井下全空间地震波隐伏构造识别***，应用于上述井下全空间地震波隐伏构造识别方法，包括独立采集单元和后台端；
独立采集单元包括检波器、采集卡和计时器；计时器用于进行计时，检波器用于采集地震波数据并与采集的时刻进行关联，采集卡用于存储与采集的时刻关联后的地震波数据；
后台端包括读取模块、存储模块和分析模块；读取模块用于读取采集卡内的地震波数据；存储单元用于存储读取的地震波数据；分析单元用于根据地震波数据进行地质分析。
有益效果：与现有技术将检波器通过电缆连接到采集站相比，使用本方案，只需要在安装独立采集单元前将其在地面上进行同步计时即可。无需组网、也无需连线，不用担心线路连接出错、也不用担心线路绕在一起，工作人员在勘测时不仅在安装时可节省大量的时间和精力，装置的存放及运输也会更加方便。
综上，本申请可以有效的提升勘测效率。
进一步，存储模块内还存储有基于历史采集数据，对地震波遇到异常构造体时的能量衰减规律进行分析得到的异常衰减表；分析单元进行地质分析时，根据地震波数据，基于地震波的传播路径得到地震波能量衰减图后，结合异常衰减表进行CT层析成像。
有益效果：对采集数据进行分析时，可以直接知道存在异常构造体的分布情况，以及各处异常构造体的类型。便于进行针对性的防护措施。
进一步，独立采集单元还包括微处理器、光敏传感器及警报发射器；微处理器分别与采集卡、光明传感器及警报发射器电连接；微处理器用于采集卡接收完地震波数据后预设时长内，光敏传感器的反馈结果为持续无光时，控制警报发射器发出警报；
其中，警报发射器通过无线信号的方式发送警报；还包括警报接收装置，用于接收警报发射器的无线信号。
有益效果：使用本方案，埋在地下的光明传感器会持续反馈无光，若在取出独立采集单元没有全部取出来，仍埋在地下的独立采集单元的光敏传感器会在检波器接收完数据预设时长内持续给微处理器反馈无光，微处理器则会控制警报发射器发出警报。通过警报信息，工作人员就可以知道自己没有将独立采集单元全部取出来，避免出现因独立采集单元未全部取出，需要再次到井下将其取出的情况。并且，本方案的警报发射器通过无线信号(如蓝牙)的方式发送警报，工作人员只需要携带装有蓝牙模块的警报接收装置，就可以保证当独立采集单元未被及时取出时，能够清楚的获知信息。
附图说明
图1为本发明实施例一的流程图；
图2为本发明实施例一的逻辑框图。
具体实施方式
下面通过具体实施方式进一步详细的说明：
实施例一
如图1所示，井下全空间地震波隐伏构造识别方法，采用独立采集单元，独立采集单元包括检波器、采集卡和计时器；计时器用于进行计时，检波器用于采集地震波数据并与采集的时刻进行关联，采集卡用于存储与采集的时刻关联后的地震波数据。检波器及采集卡直接采用现有的产品即可，计时器选用能够GPS授时的计时器即可。
该方法包括：
能量分析步骤，基于历史采集数据，对地震波遇到异常构造体时的能量衰减规律进行分析，得到异常衰减表。其中，异常构造体包括断层、陷落柱和煤岩夹矸区。通过这些异常构造体的历史数据分析得到的异常衰减表，足以对常规的煤矿进行CT层析成像。
初始化步骤，在地上将独立采集单元的计时器进行同步计时。本实施例中，计时器通过GPS授时的方式进行同步计时。这样不仅操作方便，并且GPS授时的精度非常高，满足本方案的需求，除此，GSP授时技术成熟，操作起来的稳定性也非常好。
点位设置步骤，根据勘测计划，在勘测工作面上设置检测点位后，将独立采集单元分别安装在各检测点位。检测点位的数量及位置，本领域技术人员可依据勘测的矿井的具体情况具体设置。
采集获取步骤，通过独立采集单元的检波器检测各检测点位的地震波数据并存储在对应的采集卡中。
分析步骤，读取各独立采集单元的采集卡内的地震波数据，并通过地震波数据进行地质分析。具体的，进行地质分析时，根据地震波数据，基于地震波的传播路径得到地震波能量衰减图后，结合异常衰减表进行CT层析成像。
如图2所示，本发明还提供一种井下全空间地震波隐伏构造识别***，应用于上述井下全空间地震波隐伏构造识别方法，包括独立采集单元和后台端。本实施例中，后台端为工业PC。
独立采集单元包括检波器、采集卡和计时器；计时器用于进行计时，检波器用于采集地震波数据并与采集的时刻进行关联，采集卡用于存储与采集的时刻关联后的地震波数据。
后台端包括读取模块、存储模块和分析模块；读取模块用于读取采集卡内的地震波数据；存储单元用于存储读取的地震波数据；分析单元用于根据地震波数据进行地质分析。
其中，存储模块内还存储有基于历史采集数据，对地震波遇到异常构造体时的能量衰减规律进行分析得到的异常衰减表；分析单元进行地质分析时，根据地震波数据，基于地震波的传播路径得到地震波能量衰减图后，结合异常衰减表进行CT层析成像。
具体实施过程如下：
本方法采用独立采集单元进行检测点位的地震波数据采集，由于独立采集单元包括用于计时的计时器、用于采集地震波数据并与采集时刻进行关联的检波器、以及用于存储与采集的时刻关联后的地震波数据的采集卡。每个独立采集单元均可以独立完成单个采集检测点位的地震波数据采集。但是，进行分析时，由于需要对所有检测点位的地震波数据进行综合处理分析，也就是说，需要保证各检测点位的采集数据的时间是同步的。
因此，本申请中，会先在地上将独立采集单元的计时器进行同步计时，再将独立采集单元安装在各检测点位。这样，就可以实现各地理采集单元在采集数据时的时间同步性。之后，通过其检波器分别采集各检测点位的地震波数据并存储在对应的采集卡中。之后，将这些独立采集单元取出，并分别读取各采集卡内存储的地震波数据。由于这些地震波数据拥有时间同步性，可以准确的进行地质分析。
与现有技术将检波器通过电缆连接到采集站相比，使用本方案，只需要在安装独立采集单元前将其在地面上进行同步计时即可。无需组网、也无需连线，不用担心线路连接出错、也不用担心线路绕在一起，工作人员在勘测时不仅在安装时可节省大量的时间和精力，装置的存放及运输也会更加方便。
除此，本方案在分析成像时，会基于地震波的传播路径得到地震波能量衰减图后，结合异常衰减表进行CT层析成像。工作人员可以直接知道存在异常构造体的分布情况以及各处异常构造体的类型。便于进行针对性的防护措施。
综上，本申请可以有效的提升勘测效率。
实施例二
与实施例一不同的是，本实施例中的独立采集单元还包括微处理器、光敏传感器及警报发射器；微处理器分别与采集卡、光明传感器及警报发射器电连接；微处理器用于采集卡接收完地震波数据后预设时长内，光敏传感器的反馈结果为持续无光时，控制警报发射器发出警报。
其中，微处理器采用单片机即可，警报发射器通过无线信号的方式发送警报；还包括警报接收装置，用于接收警报发射器的无线信号。本实施例中警报发射单元通过蓝牙发送警报，警报接收装置为装载蓝牙模块的装置。每个独立采集单元均有自己的编号；警报接收装置还用于接收到警报发射器的无线信号时，显示对应独立采集单元的编号。
本实施例中的方法还包括装置取出步骤，取出独立采集单元，若未取出所有的独立单元，则根据警报取出未取出的独立采集单元。
具体实施过程如下：
进行地震波采集时，地理采集单元需要埋在采集点的地面下。由于井下情况复杂，即使在采集点做了标记，有时候会仍然会出现数据采集完后，没有将独立采集单元全部取出的情况，进而影响到后续的地震波数据分析。工作人员需要再次下到井下去将未取出的独立采集单元取出，费时费力且效率低下。
使用本方案，埋在地下的光明传感器会持续反馈无光，若在取出独立采集单元没有全部取出来，仍埋在地下的独立采集单元的光敏传感器会在检波器接收完数据预设时长内持续给微处理器反馈无光，微处理器则会控制警报发射器发出警报。通过警报，工作人员就可以知道自己没有将独立采集单元全部取出来，避免出现因独立采集单元未全部取出，需要再次到井下将其取出的情况。
需要说明的是，由于独立采集单元是埋在地下，通过声音或光线的方式发出警报的效果都不是很明显。本方案中，警报发射器通过无线信号的方式发送警报，工作人员只需要携带装有蓝牙模块的警报接收装置，就可以保证当独立采集单元未被及时取出时，能够清楚的获知信息。并且，由于每个独立采集单元均有自己的编号；警报接收装置接收到警报发射器的无线信号时，还会显示对应独立采集单元的编号。当独立采集单元未被全部取出时，工作人员不仅可以及时了解情况，还可以了解具体是哪个/哪些独立采集单元未被取出，后续将其取出时效率更高。
以上所述的仅是本发明的实施例，方案中公知的具体结构及特性等常识在此未作过多描述，所属领域普通技术人员知晓申请日或者优先权日之前发明所属技术领域所有的普通技术知识，能够获知该领域中所有的现有技术，并且具有应用该日期之前常规实验手段的能力，所属领域普通技术人员可以在本申请给出的启示下，结合自身能力完善并实施本方案，一些典型的公知结构或者公知方法不应当成为所属领域普通技术人员实施本申请的障碍。应当指出，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明结构的前提下，还可以作出若干变形和改进，这些也应该视为本发明的保护范围，这些都不会影响本发明实施的效果和专利的实用性。本申请要求的保护范围应当以其权利要求的内容为准，说明书中的具体实施方式等记载可以用于解释权利要求的内容。

Claims (10)

1.井下全空间地震波隐伏构造识别方法，其特征在于：采用独立采集单元，独立采集单元包括检波器、采集卡和计时器；计时器用于进行计时，检波器用于采集地震波数据并与采集的时刻进行关联，采集卡用于存储与采集的时刻关联后的地震波数据；该方法包括：
初始化步骤，在地上将独立采集单元的计时器进行同步计时；
点位设置步骤，根据勘测计划，在勘测工作面上设置检测点位后，将独立采集单元分别安装在各检测点位；
采集获取步骤，通过独立采集单元的检波器检测各检测点位的地震波数据并存储在对应的采集卡中；
分析步骤，读取各独立采集单元的采集卡内的地震波数据，并通过地震波数据进行地质分析。
2.根据权利要求1所述的井下全空间地震波隐伏构造识别方法，其特征在于：初始化步骤中，独立采集单元的计时器通过GPS授时的方式进行同步计时。
3.根据权利要求1所述的井下全空间地震波隐伏构造识别方法，其特征在于：还包括能量分析步骤，基于历史采集数据，对地震波遇到异常构造体时的能量衰减规律进行分析，得到异常衰减表；
分析步骤中，进行地质分析时，根据地震波数据，基于地震波的传播路径得到地震波能量衰减图后，结合异常衰减表进行CT层析成像。
4.根据权利要求3所述的井下全空间地震波隐伏构造识别方法，其特征在于：能量分析步骤中，异常构造体包括断层、陷落柱和煤岩夹矸区。
5.根据权利要求1所述的井下全空间地震波隐伏构造识别方法，其特征在于：独立采集单元还包括微处理器、光敏传感器及警报发射器；微处理器分别与采集卡、光明传感器及警报发射器电连接；微处理器用于采集卡接收完地震波数据后预设时长内，光敏传感器的反馈结果为持续无光时，控制警报发射器发出警报；
还包括装置取出步骤，取出独立采集单元，若未取出所有的独立单元，则根据警报取出未取出的独立采集单元。
6.根据权利要求5所述的井下全空间地震波隐伏构造识别方法，其特征在于：警报发射器通过无线信号的方式发送警报；还包括警报接收装置，用于接收警报发射器的无线信号。
7.根据权利要求6所述的井下全空间地震波隐伏构造识别方法，其特征在于：每个独立采集单元均有自己的编号；警报接收装置还用于接收到警报发射器的无线信号时，显示对应独立采集单元的编号。
8.井下全空间地震波隐伏构造识别***，其特征在于：应用于上述井下全空间地震波隐伏构造识别方法，包括独立采集单元和后台端；
独立采集单元包括检波器、采集卡和计时器；计时器用于进行计时，检波器用于采集地震波数据并与采集的时刻进行关联，采集卡用于存储与采集的时刻关联后的地震波数据；
后台端包括读取模块、存储模块和分析模块；读取模块用于读取采集卡内的地震波数据；存储单元用于存储读取的地震波数据；分析单元用于根据地震波数据进行地质分析。
9.根据权利要求8所述的井下全空间地震波隐伏构造识别***，其特征在于：存储模块内还存储有基于历史采集数据，对地震波遇到异常构造体时的能量衰减规律进行分析得到的异常衰减表；分析单元进行地质分析时，根据地震波数据，基于地震波的传播路径得到地震波能量衰减图后，结合异常衰减表进行CT层析成像。
10.根据权利要求8所述的井下全空间地震波隐伏构造识别***，其特征在于：独立采集单元还包括微处理器、光敏传感器及警报发射器；微处理器分别与采集卡、光明传感器及警报发射器电连接；微处理器用于采集卡接收完地震波数据后预设时长内，光敏传感器的反馈结果为持续无光时，控制警报发射器发出警报；
其中，警报发射器通过无线信号的方式发送警报；还包括警报接收装置，用于接收警报发射器的无线信号。
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吴海;: "矿用节点式地震仪的工作方式研究与实现", 煤炭技术, no. 06 *
吴海;江浩;程建远;张庆庆;: "基于GPS技术的矿井地震仪研制", 西安石油大学学报(自然科学版), no. 04 *

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