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。     

透射槽波地震勘探在济宁二号煤矿的应用

济宁二号煤矿煤层结构较复杂,煤层冲刷带、断层等地质构造是影响矿井安全高效回采的主要地质因素,如何查清回采工作面内的煤层冲刷范围与断层的展布情况是亟需解决的难题.基于槽波地震探测原理,通过透射槽波在济宁二号煤矿123上02工作面的应用,分析了槽波单炮、频散、频谱分析及波场速度的响应特征,研究了利用槽波能量预测冲刷带范围和...     

Love型槽波的频散特征及影响因素

为了研究Love槽波的频散特征及影响因素,从理论上推导了Love型槽波的频散方程。通过建立不同参数的地层模型,研究煤层厚度变化、煤层速度变化、围岩物性变化等对槽波特征的影响规律。研究结果可为槽波资料分析、埃里相识别、数据处理提供依据。     

断层对煤层槽波传播特性影响分析

断层是煤系地层中常见的异常构造之一,对断层形态的研究,有利于提高探测断层的精度。基于弹性波动理论,建立三维煤系地层模型,采用有限元数值模拟方法,分析了断层断距和倾角对槽波传播特性的影响。通过对比各模型槽波记录和时频谱得出:随着断距和倾斜角的增大,断层对槽波的阻断作用增大;对于2m厚的煤层来说,当存在1.5m的断层时,断层后槽波能量峰值频率向高频移动,出现时间提前,当存在2.5m的断层时,断层后槽波能量峰值向低频移动,出现时间延后;随着倾斜角的增大,断层后的波主频向低频移动,主频出现时间延后;对于0.5m的断层,不易判断断层位置。模拟结果可为断层形态槽波探测提供理论支持,对槽波精细探测和信号解释有重要意义。     

煤层厚度对槽波频散特性的影响

槽波地震勘探是一种能够有效预测煤层工作面内小幅构造的井下物探技术。为了达到预测煤层厚度分布的目的,基于弹性波理论,推导了勒夫型槽波频散方程,并分析了煤层厚度变化对槽波频散特性的影响。研究表明,槽波的埃里相频率和速度与煤层厚度关系密切,通过槽波频散曲线提取,可以实现煤层分布的预测,为利用槽波频散特性实现煤层厚度预测提供理论依据。     

含夹矸煤层的Love型槽波频散特征

为了研究夹矸对煤层槽波特征的影响,从理论上推导了含夹矸煤层模型的Love型槽波频散方程。通过建立不同地层模型,研究夹矸的厚度、位置、速度变化对槽波特征的影响规律。研究结果可为槽波实际资料的分析、埃里相识别、数据处理提供参考依据。     

黏弹TI煤层介质3层模型Love槽波频散与衰减特征

煤层是典型的黏弹各向异性介质,将黏弹性和各向异性两种性质结合起来的槽波研究较少。以弱各向异性煤层为研究对象,应用Thomsen等效介质理论,采用Kelvin-Voigt黏弹性模型,研究了黏弹TI(Transverse Isotropy)介质3层水平层状模型Love槽波频散与衰减特征;推导了3层水平介质的Love槽波频散方程解,可以计算品质因子随频率变化的情况;分析了各向异性参数γ、煤层横波品质因子Qs值变化及煤层Qs随频率变化对Love槽波频散、品质因子和衰减曲线的影响;模拟了煤层Qs=10和Qs=20时三维槽波波场传播过程。结果表明:TI介质和各向同性介质的槽波品质因子和衰减系数基阶曲线差别小,各向异性参数γ对Love槽波品质因子和衰减系数影响较小;煤层Qs对Love槽波频散曲线影响很小,主要影响槽波品质因子和衰减系数曲线,煤层Qs=10时槽波衰减系数值比Qs=20和30时大很多;目前煤层Qs在0～1 000 Hz内是否随频率变化尚无定论,假设煤层Qs随频率线性减小,各阶槽波品质因子曲线低频部分差异很小,高频部分差异变大,当Qs减小到10时,槽波衰减系数随频率增长很快;对于三维槽波波...     

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。     

煤矿井下巷道槽波的频散特性研究

为了分析实际接收的槽波信息,真实反演地质条件,采用Matlab数学模拟软件,对影响煤矿井下槽波频散特性影响因素,底板岩层横波速度、煤层横波速度、煤的密度、顶底板岩层密度、煤层厚度等对频散曲线的影响程度进行了研究。研究得出:煤层的横波速度对煤矿井下槽波频散特性的影响最大,埃里相位的速度与煤层的横波速度密切相关,煤层的横波速度越高,埃里相位的速度也越高;围岩和煤层密度对勒夫型槽波的频散特性影响最低,因此在实际探测时,可以忽略围岩和煤层密度对频散特性的影响,为煤矿安全掘进回采提供科学依据,确保矿井的安全生产。     

基于F-K变换的煤层透射槽波信号提取

槽波勘探是井下地震勘探的主要方式之一,能够在较大范围内探测出煤层中的断层、陷落柱、溶洞等地质异常体,对煤矿的安全生产具有重要作用。在透射法槽波勘探中,需要寻找出槽波的阻断位置以对断层进行定位。然而井下地震信号中波场成分复杂、信噪比低,槽波信号会被噪声所遮盖而很难寻找出具体的阻断位置。针对这一问题,根据槽波的频散特性,利用二维傅里叶变换将地震信号转换到F-K域并对其进行滤波,以消弱噪声和其它波场成分。实际工程中的应用效果表明,在经过F-K滤波后的地震数据中,可以较为容易的识别出槽波的阻断位置。     

基于地震槽波的致灾地质因素探测技术

为了解决致灾地质因素难以准确探测的问题,采用了地震槽波勘探技术对义安矿业11061工作面进行了煤层厚度和断层等致灾地质因素的探测。通过对频散曲线的分析,选取适宜的槽波频率,对槽波波列进行短时傅里叶变换,在频率域内提取槽波旅行时并进行CT成像,获取槽波波速等值线图,将波速与实际揭露的煤层厚度进行拟合后获得煤层等厚线图;通过对槽波射线分布图进行分析,确定工作面内没有落差大于1/2煤厚的断层。通过回采验证,实际回采情况与勘探结果基本一致,矿方根据勘探成果对局部防突措施进行了优化,回采过程中未出现瓦斯异常涌出的情况;根据煤层厚度变化调整了月度生产计划,确保了产量的稳定。     

含夹矸煤层槽波频散特性及其影响因素分析

槽波地震勘探是常用的井下物探技术,为了达到预测煤层夹矸结构和物性的目的,基于弹性波理论,推导了含夹矸煤层的勒夫型槽波频散方程,并分析了夹矸的结构和物性变化对槽波频散特性的影响。研究表明,槽波频散特性随夹矸厚度、位置以及速度变化而变化。为利用槽波频散特性实现夹矸探测提供了理论依据。     

含断层煤层反射槽波数值模拟及响应特征研究

槽波勘探是煤矿井下勘探的重要手段,其借助槽波在煤层中传播具有能量强,传播距离远等优点,实现采煤工作面断层或其他地质异常体的探测。透射槽波勘探研究较为成熟,已在煤矿生产中得到广泛应用。近年来,反射槽波逐渐得到关注,利用反射槽波预测断层落差是今后槽波勘探的研究方向,其理论依据研究并不充分。为了明确反射槽波能量特征与断层落差间的关系,建立6个不同落差的断层模型(断层落差分别为煤层厚度的1/8、1/4、1/2、3/4、1倍、2倍),设计反射槽波勘探观测系统,基于高阶交错网格有限差分算法进行数值模拟,通过提取6个不同模型的反射槽波振幅信息,分析反射槽波能量随偏移距以及断层落差的变化特征,并分析带通滤波对反射槽波能量分布的影响。分析结果表明:断层落差小于1倍煤厚,随着落差增加,反射槽波能量逐渐增加;断层落差继续增加,反射槽波能量逐渐降低;断层落差不同,其对应的反射槽波能量随偏移距的变化趋势一致,但断层落差大于3/4煤厚时,远近偏移距反射能量出现显著差异; 100～150 Hz和150～200 Hz带通滤波分别对断层落差小于1/2煤厚和大于3/4倍煤厚的反射槽波能量影响显著。因此,基于反射槽波能量分布特征进行断层落差探测,理论依据充足,具有实际应用价值。     

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。     

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。     

煤层Love型槽波数值模拟及其频散特征分析

槽波地震是探查采煤工作面内部小断层或其他地质异常中的有效手段,但以往对槽波中蕴含的频散信息利用不足。采用二维高阶交错网格法模拟了煤层槽波的波场发育特征,激发震源采用横波震源,模型边界吸收采用完全匹配层法。从模拟结果可以看出:与传统槽波理论认识不同,槽波的能量不仅分布在基阶模式,高阶部分的能量也很强,这对于今后的煤矿井下槽波勘探具有一定的参考意义。     

槽波地震勘探在煤层构造探测中的应用

以槽波形成机理及传播规律为基础,进行透射槽波能量分析,探讨了槽波衰减规律,并得出槽波透射与断层断距的关系。在透射能量能穿透工作面的基础之上,采用透射槽波能量层析成像方法对工作面煤层进行成像,得出工作面槽波能量成像构造解释图;根据槽波在煤层中传播的槽波频率变化规律,得到煤层厚度的变化平面图。结果与实际地质资料吻合较好。     

煤巷断层三分量槽波侧帮探测数值模拟

利用有限差分法对煤巷侧帮隐伏断层地震波场进行了数值模拟研究,震源采用雷克子波震源,模型边界采用吸收边界,分析了层状煤层中的不同分量的地震波波场。直达波分为纵波、横波和槽波,地震波在煤层中相互叠加干涉形成的槽波在遇到断层后通过反射被检波器接收,其中平行于巷道走向的y分量中反射槽波能量最强;揭示了三分量侧帮波场特征,为煤矿井下槽波侧帮勘探提供了理论支撑。     

透射槽波探测技术在同煤塔山矿的应用研究

同煤塔山矿煤层为特厚煤层，地质条件复杂，断层是制约安全高效开采的主要地质因素之一，如何查清回采工作面断层的分布情况是亟需解决的难题。基于槽波地震探测原理，采用槽波透射法，通过特厚煤层槽波探测断层的数值模拟，研究了在特厚煤层中槽波波场响应特征及探测断层断距的精度，并在工作面进行了实际应用。研究结果表明：基于实际模型的顶底板岩性与煤层物性差异明显，槽波发育较好；18 m厚煤层槽波主频为80 Hz，埃里相速度为1 000～1 100 m/s，对模型数据进行60～100 Hz的带限滤波，通过成像，槽波可以探测断距为5 m以上的断层；结合回采情况，同煤塔山矿宜采用透射槽波地震探测技术对构造进行探查，槽波解释成果可为矿井安全高效智能化开采提供可靠的地质保障。     

构造煤槽波地震探测可行性分析

煤与瓦斯突出灾害是影响煤矿安全生产的重大危害之一,构造煤是瓦斯突出的物质基础,如能够通过地球物理手段预测出构造煤分布区域,对减少煤矿瓦斯突出灾害将起到积极作用。槽波地震技术在煤层厚度及小构造探测方面取得较好的应用成果,但对于构造煤探测尚未成熟。利用槽波正演模拟技术,分析槽波在不同煤体结构煤层中的传播规律,发现槽波在构造煤和原生结构煤中速度频散和能量衰减差异明显。建立构造煤和原生结构煤中勒夫型槽波速度频散和能量衰减曲线,认为低频段槽波受煤层厚度和煤体结构两者共同影响,而高频段槽波受煤层厚度影响小,与煤体结构类型关系更密切;槽波在煤层中随传播距离增加,能量逐渐减弱,影响因素除波前扩散和介质吸收作用外,还受透射能量损失等因素影响。当煤层较厚时,透射能量损失占主导地位,原生结构煤透射区域大于构造煤,使得构造煤中槽波能量高于原生结构煤;当煤层较薄时,介质吸收作用占主导地位,原生结构煤介质吸收作用弱于构造煤,使得构造煤中槽波能量低于原生结构煤。构造煤中槽波在不同频率下吸收衰减系数随煤层厚度变化大,而原生结构煤中槽波吸收衰减系数变化小。槽波在构造煤和原生结构煤中的传播特征差异,有望为构造煤预测提供依据。