基于衰减层析成像技术的煤矿小构造地质研究

为了精确掌握煤矿小构造地质情况,确保矿井的安全生产,采用衰减层析成像技术,研究了地震波在煤层中传播规律、煤层模型的建立以及煤层中小构造对波场的影响,并对陷落柱、断层等小构造进行了模拟分析。研究得出:当波场穿过陷落柱时,能量急剧衰减,但是穿过陷落柱后表现出来的结果不同,体波穿过陷落柱后基本恢复了原来的状态,但是,槽波穿过陷落柱后能量发生了较大变化;当波场穿过断层时,槽波和体波都由断层左盘进入了右盘,而且在断层面附近,槽波发生了较严重的散射,研究为煤矿小构造的勘探提供一定理论依据。     

基于透射槽波的采煤工作面陷落柱探测模拟研究

煤层中陷落柱严重影响采煤作业,会引起突水、瓦斯突出等安全事故,为此,基于物理模拟技术,根据煤层陷落柱的结构、物性参数以及声学特性特点,选择了煤粉、石膏、水泥为原料,设计并制作了"岩-煤(含陷落柱)-岩"3层煤层物理模型来模拟。根据物理模拟的相似原理,选择合适的声波频率,以可控频率振幅和可选子波的声波发射仪激发振动模拟槽波激发震源,利用透射法在煤层物理模型中采集槽波数据,模拟采煤工作面内陷落柱槽波探测装置,研究采煤工作面内陷落柱的透射槽波探测方法。利用实验透射槽波数据,计算出各通道的振幅能量衰减系数,利用槽波数据波形分析波速,使用平滑伪魏格纳威利分布(SPWVD)时频分析方法,最终确定陷落柱的存在位置。结果表明:对透射槽波的速度分析,利用SPWVD分析透射槽波能量特征,根据槽波最大振幅衰减系数,可以有效识别采煤工作面内的陷落柱。     

煤层陷落柱的三维地震槽波正演模拟

采用透射法槽波地震方法对煤层陷落柱进行了三维正演模拟。发现煤层中无陷落柱时,X分量同相轴连续性中断,而Y与Z分量连续性好。当煤层中存在陷落柱时,X分量中央底部形成明显的能量集中区域,在Y与Z分量上出现同相轴中断现象,形成次级槽波。改变炮点位置,陷落柱处的地震槽波能量衰减相对较小,而透射陷落柱后的槽波能量大幅衰减。     

陷落柱对煤岩折射波的影响及相应成像方法研究

震源在煤层内激发后,当入射角等于或大于临界角时,将同时形成槽波和折射波,折射波沿煤层与顶底板的分界面传播并不断重新进入煤层而被检波器接收,与在地面激发和接收的折射波不同,在煤层内激发和接收的折射波具有很强的周期性和频散性,是井下地震波场的重要组成部分,但对其探测构造的能力一直缺乏深入的研究,为了验证折射波探测陷落柱的有效性,分析了折射波的形成与传播规律以及在遭遇陷落柱时速度与振幅的变化情况,通过对含陷落柱工作面模型的正演模拟,比较和分析了陷落柱对折射波与槽波振幅的不同影响,通过将振幅衰减系数成像方法应用于折射波上,实现了利用折射波对工作面内隐伏陷落柱的探测,对碾沟矿2101工作面实际数据进行了处理。结果表明:井下地震记录中既包含槽波也包含折射波,折射波的纵横波速度接近于围岩的纵横波速度,折射波振幅弱于槽波,但在特殊地质条件下会出现折射波振幅强于槽波的现象;陷落柱等贯穿煤层和顶底板的异常构造能够对折射波振幅造成较大影响,遭遇陷落柱时折射波的振幅衰减程度大于槽波,折射波振幅衰减系数的成像结果能够有效反映实际陷落柱的位置与边界;折射波成像精度低于槽波,可作为槽波探测的有效补充,特殊地质条件下槽波能量弱,此时折射波可替代槽波实现陷落柱探测。     

反射槽波探测陷落柱正演模拟及应用研究

在陷落柱发育矿井工作面设计阶段,需要利用现有一条巷道预先探测将要布置工作面的陷落柱情况,反射槽波法可以对巷道两侧一定尺度及位置的陷落柱进行探测。通过建立正演模型,采用数值模拟方法,研究反射槽波探测陷落柱的分辨能力,分析反射槽波准确探测陷落柱的影响因素,指导实际槽波资料的采集、处理与解释。研究表明,通过正演模拟反射槽波对陷落柱直径、不同道、炮间距、离巷道距离等参数可知,加密道炮间距可以探测长轴直径10 m和距巷道100 m的陷落柱一侧边界;反射槽波探测陷落柱实际应用以10 m炮距、5 m道距为最佳观测系统;反射槽波对工作面布置提供了可靠的地质保障,影响探测精度的因素较多,加密观测系统与绕射波偏移算法可提高准确度。研究成果可为陷落柱发育矿井工作面布置及巷道开拓提供技术参考。     

基于槽波层析成像的陷落柱定位研究

在煤矿井下地震勘探中,由于检波器和震源只能在巷道内进行布置,造成了观测系统的布局和分布特点受到限制。为了更好地探测煤矿进行实际异常的地质构造,确保矿井安全生产,采用槽波层析成像的方法对陷落柱定位进行研究。研究了陷落柱对煤层波场的影响,得出陷落柱对体波成分影响相对较小,而对瑞雷型槽波Rx和Rz分量的影响却相对较大;又对陷落柱速度成像和陷落柱能量成像进行了研究,研究验证了槽波层析成像技术在陷落柱分布范围定位中的准确性,研究为煤矿井下陷落柱地质构造的勘探提供了技术支持。     

槽波探测技术在晋城矿区3~#煤层的应用与思考

槽波探测技术主要是用来探测煤矿回采工作面内部地质构造分布、大小、形态以及煤层变化状态。通过分析近几年槽波探测技术在晋城矿区多个矿井的应用效果,结合理论分析和观测系统优化,总结得出:槽波在晋城矿区3#煤层的发育明显,但反演结果与实际情况还有差距;槽波探测的优势是确定煤层应力集中区和煤层变化带,对断层、陷落柱分辨能力有限。     

地质透明化工作面内多种异常体的槽波解释方法研究

矿井地质透明化是当前煤矿安全高效开采的新要求，针对复杂地质条件的工作面，槽波探测技术作为常用的物探手段之一，若工作面存在多种地质异常体，其属性无法进行准确的分辨与解释。以山西阳泉某工作面为例，对包含断层、陷落柱、薄煤带、挠曲4种地质异常体的工作面进行了三维波场模拟，分别从数值模型的单炮特征、频谱特征、频散特征进行分析；结合数值模型的纵波振幅与速度、横波振幅与速度、高频槽波振幅与速度以及低频槽波振幅与速度8种类型的CT反演成像，研究了断层、陷落柱、薄煤带、挠曲4种地质异常体在槽波属性上的不同响应特征。结果表明：(1)断层引起槽波异常的主频及速度与无地质异常的煤层基本一致，横波、高频、低频槽波振幅可以显著识别断层，横波、高频、低频槽波速度可以较显著的识别断层，纵波振幅与纵波速度无法有效识别断层；(2)陷落柱的单炮特征表现为低阶减弱、高阶增强，横波、高频、低频槽波振幅可以显著识别陷落柱，横波、高频槽波速度可以较显著的识别陷落柱，纵波振幅、纵波速度与低频槽波速度无法有效识别陷落柱；(3)薄煤带主频基本不变，速度降低，高频槽波振幅与速度、低频槽波振幅与速度可以显著识别薄煤带，纵波速度与横波振幅可...     

槽波地震透射法在陷落柱探测中的应用研究

陷落柱是我国华北型矿井的主要地质构造之一,对煤矿的安全生产构成严重威胁。为了准确探明陷落柱的发育形态和影响范围,选择合理的试验现场,展开槽波透射法探测,综合研究陷落柱的地震波场响应特征。结果表明:当槽波射线穿越陷落柱时,其能量衰减严重,艾里相位清晰程度下降,且不连续,最终结合相应的计算方法,能够准确圈定陷落柱的赋存位置,对矿井的安全高产高效意义重大。     

矿井地震槽波试验

地震槽波法是矿井物探中目前最受关注,认为是最有前途的一种方法。在矿井中由于煤层是低密度的层状介质,地震波在煤层里的传播速度比在围岩中低。这样,煤层就如同一个波导层,在其中激发出来的地震波,大部分能量均不能从煤层中逸出而沿着顶底板不断出现全反射和折射,从而形成沿煤层传播的弹性波,这就是槽波或煤层波。利用槽波传播中的特性,即遇到波阻抗有明显差异的断层面或巷道时,槽波会产生反射、衰减或中止。使用不同的观测方法和仪     

成庄矿15~#煤层槽波能量衰减系数CT成像技术的应用研究

相比于其他地震波而言,槽波在能量上的变化非常明显,因此通过槽波的衰减系数CT成像可以较为准确的探测出陷落柱、断层等地质构造的发育情况。根据槽波对构造的反应原理,介绍了槽波能量衰减系数CT成像的原理方法,并采用槽波透射法对成庄矿15~#煤层1307工作面进行探测,发现本次探测槽波速度与横波(S波)速度接近,以致降低了速度CT成像的探测准确度,而槽波能量衰减系数层析成像方法的应用,则成功探测出工作面内2个陷落柱影响范围区域与多个断层的延伸区域及影响范围。通过实际应用证明了槽波振幅衰减系数CT成像技术应用探测精度高,抗干扰能力强的特点,并在一定程度上能够弥补速度分析CT成像技术探测的一些缺陷。     

煤矿常见地质异常地震正演模拟在石屏矿地震解释中的应用

运用地震波场正演模拟有限差分方法,模拟不同厚度煤层、不同性质采空区及断层对地震波场响应特征,结果表明:煤层未开采时,能形成能量强、波组特征明显的反射波,但煤层厚度较小时,层间多次反射叠加导致煤层顶底板界面不易区分。当煤层开挖留下采空区时,采空区处能量变强,频率变低。采空区内充填物质不同,能量变化也不同。全充气时能量比全充水时能量高,频率低,延迟也越明显。断层导致断点和断面出现明显的反射、绕射波,在地震剖面上表现为反射波同相轴错动特征。将正演模拟结果应用于石屏矿三维地震资料处理与解释,可以较容易识别目标地层及断层、采空区、陷落柱等地灾异常,为采掘系统合理布置和矿井水防治提供了有力支撑。     

反射槽波法在探测煤田地质构造中的应用

为有效应对布置及回采工作面中遇到的地质构造问题,以某矿1224工作面实际情况为例,采用槽波反射法,从反射槽波原理、观测系统布置、反射槽波识别与成像3个方面探测地质构造,探测结果为:1224工作面共发现5个反射槽波能量异常区,预测为3个陷落柱和2条断层造成的,通过打钻验证,断层及陷落柱位置和探测结果一致,表明了反射槽波法具有较高的精度,在工作面布置及回采过程中起重要作用。     

煤矿陷落柱槽波探查技术及应用

陷落柱是岩溶空顶塌陷的产物,也是影响矿井采掘衔接和安全生产的重要因素之一。为了提前查明陷落柱的赋存特征,避免工作面回采过程中无计划揭露陷落柱带来的人员伤亡和财产损失,针对典型矿井,制定标准煤岩样,展开室内试验分析,并选择合理的工程现场,展开槽波地震透射法和反射法勘探,最终,结合槽波速度法和能量法分析圈定陷落柱范围,通过探采成果对比研究该方法对陷落柱精准探查的适用性。结果表明:槽波透射法速度分析中,陷落柱的槽波速度与其裂隙发育情况和胶结程度密切相关,异常值难以准确界定;槽波透射法能量分析中,陷落柱的槽波振幅值衰减严重,可以依据衰减系数和相应计算方法,准确圈定陷落柱的发育范围;如果陷落柱与煤体交界面完好,与煤层夹角适合,槽波反射法速度分析可以准确划定陷落柱的边界。因此,槽波地震勘探对陷落柱构造的探测效果良好,能够有效指导矿井的安全生产。     

煤田陷落柱对地震波影响的超声模拟

本文用超声地震模型实验方法，模拟地震波在矿进井巷道间的岩层中传播，以了解陷落柱波场中绕射、散射和反射波特怔。结构表明，陷落柱的影区附近，绕射波振幅明显下降，形成于柱体界面上初次和多次绕射点的转换纵、模波时距曲线为不对称双曲线；柱内透过波具有统一的纵、横波波阵面、且散射波不明显。多层介质中首波及其界面转换波在陷落柱影区附近形成的绕射及其界面转换波在陷落柱影区附近形成的绕射及转换波，成为识别和反演柱形     

黏弹煤层介质断层构造槽波响应特征分析

隐伏断层是影响工作面透明化建设、煤矿智能化发展的重要地质因素之一，槽波地震勘探是目前探测断层的常用方法。目前，槽波理论研究主要基于煤层弹性各向同性条件，但煤层是由有机物质和无机物质组成的层状沉积岩体，具有较强的黏弹性。基于Kelvin-Voigt黏弹性理论，采用三维交错网格高阶有限差分法，边界吸收采用PML吸收边界算法，研究了煤层黏弹性和断层断距对槽波传播的影响。结果表明：黏弹介质煤层中地震波能量衰减增强，高频部分能量衰减严重，黏弹介质更加接近实际煤层的衰减特性；槽波遇到断层后，z分量高阶Rayleigh槽波发生透射和绕射现象，产生了新的转换波组基阶与高阶Rayleigh槽波；煤层的横波品质因子Qs=50时，基阶槽波具有明显的频散曲线形状，Qs衰减至10时，高阶Rayleigh槽波仍有清晰记录，槽波能量峰值向低频移动；随着断层断距的增大，绕射和透射作用逐渐增强，转换波组能量逐渐增大，断层后z分量的转换波组能量逐渐增强，槽波能量峰值向高频移动。     

煤矿陷落柱槽波地震探测技术研究

地面三维地震由于其观测精度的限制,对小陷落柱等不均匀地质体常常漏测或者定位误差大,影响煤矿安全开采。段王煤矿090606工作面进行透射实验,通过频散分析拾取了1344个埃里相旅行时,并进行速度与吸收系数层析成像反演计算,获得试验区域内槽波群速度及吸收系数分布图,排除了地面三维地震勘探圈定的陷落柱,为煤矿高效安全生产修改了生产方案。回采验证了1~9号陷落柱,位置偏差小于10 m。     

煤层中槽波传播特性分析

建立了三维煤系地层模型,探讨了槽波的形成条件、吸收衰减模型和辐射衰减模型,分析了围岩横波速度、围岩密度及煤层厚度对接收槽波的影响。仿真结果表明,对称模型中槽波能量主要集中在煤层中,以煤层为中心呈对称分布,煤层与围岩分界面处槽波能量迅速衰减。随着传播距离的增大,激发出更高的频率分量,频谱展宽,幅值衰减。非对称模型中围岩速度不同使槽波频谱范围展宽,主频升高。随着煤层厚度的增加槽波主频越低,能量越集中在煤层中。围岩密度对槽波影响很小。     

典型含煤模型Love型槽波的频散特征分析

为了研究不同地质条件下煤层Love型槽波的频散特征,设计了4种典型二维地震地质模型,即围岩不变而煤厚变化（3,5,10,15和20 m）模型,围岩变化（高速围岩与低速围岩）而煤厚不变（10 m）模型,煤层含有断层（煤厚10 m、断层落差5 m）模型和10 m煤层中夹有5 m×5 m、5 m×10 m、5 m×20 m、5 m×50 m砂体模型等;采用SH波波动方程,对上述模型进行了数值模拟,分析了Love型槽波的波场特征,并对正演记录进行了傅里叶变换,计算得到槽波频散图。结果表明：煤厚变化主要影响Love型槽波各阶模式频散曲线的能量分布,上下围岩中最小横波速度控制频散曲线的上限,砂体使频散曲线发散,断层对槽波频散影响较小。     

陷落柱地震数值模拟响应特征分析

从陷落柱的物性基础出发,阐述了利用地震波动法探测陷落柱的可行性,并根据波动方程原理,设计了部分陷落柱数学模型;运用正演模拟的方法,从地震波的运动学和动力学角度出发,分析了不同参数的陷落柱各自的地震响应特征及其分辨率;在前人有关陷落柱研究基础上,进一步研究了陷落柱与地堑的区别.结合实际资料总结了陷落柱在地震资料中的反映特征和识别标志.