基于槽波透射法的采煤工作面煤厚解释技术

为了探测采煤工作面的煤层厚度,选用适宜频率将在采煤工作面透射法采集的Love型槽波进行波速CT层析成像,根据波速与煤厚的负相关关系以及不同煤厚的基阶振型槽波频散曲线,结合巷道揭露煤厚以确定不同波速所对应的煤厚变化,最后将波速等值线图转化为煤厚等值线图。采用该技术在义马矿区开展了多次煤层厚度探测试验,选用185 Hz频率进行槽波速度CT层析成像,将波速1 250 m/s预测为1.5 m煤厚的等值线,共圈出5处煤厚小于1.5 m的薄煤区;根据改造巷与回采验证,预测准确率达84%,很好地指导了煤矿的安全高效生产。     

基于槽波的采煤工作面煤厚与断层综合探测技术

针对云顶煤矿11100工作面内部煤厚变化不清和近邻的DF_(12)走向断层位置不明等地质问题,利用槽波速度对煤厚反应敏感等特性,在井下采用槽波透射法和反射法对工作面煤厚和近邻的断层进行综合探测。经验证,煤厚预测准确率达88%,断层位置预测误差小于5 m,有效指导了工作面的改造、回采等。采用地震槽波技术对采煤工作面的煤厚与构造进行综合探测,可以正确指导工作面的安全和高效回采。     

基于地震槽波透反射法的煤厚与断层联合勘探技术研究

为减少断层和煤厚变化对工作面正常生产和瓦斯治理带来的影响，对新田煤矿1901工作面进行了地震槽波透射、反射联合勘探，通过透射法CT成像和反射法共中心点叠加及时深转换等手段，取得了诸多成果，可为矿井生产和瓦斯治理提供依据。研究表明，探测距离对透射、反射槽波提取均会产生一定影响，3.4 m左右稳定煤层槽波提取有效距离最短为90～110 m; 1901工作面共划分2个煤厚大于3.8 m和1个煤厚小于3 m的区域，稳定煤层会降低槽波的分辨率；F_1401-5断层和F_1401-4断层向工作面内延伸长度分别为76 m和67 m。     

透射法槽波地震勘探技术在工作面探测中的应用研究

工作面内部煤厚变化、小构造等异常体是煤矿开采过程中需要解决的关键问题,槽波地震勘探属解决这些问题的重要物探方法。基于特定频率下槽波波速与煤层厚度的关系,通过频散分析、拾取波速、CT成像等槽波地震数据处理手段,预测工作面内部煤厚变化及小构造分布情况,实际回采验证了其准确性。为工作面的安全高效生产提供了地质依据。     

槽波地震勘探技术在瓦斯富集区探测中的应用研究

为查清糯东煤矿11705工作面内部煤厚变化,并圈出工作面瓦斯治理高风险区域,为工作面安全高效生产提供指导,采用槽波地震透射法对11705工作面进行探测。联合槽波速度解释与能量解释两种方法,辨析透射槽波的质量,将质量差的槽波射线分别绘制在平面图上,采用射线交汇的方法划分工作面的开采风险分布区域。探测成果与实验室中解吸法的瓦斯测定成果进行了对比,结果表明,煤与瓦斯突出矿井槽波速度与瓦斯富集区存在一定相关性,在槽波高速区、波速急剧变化带或高低速相间分布区,瓦斯含量可能较高;被四周高速区所包围的低速区域瓦斯含量较高。上述结论为国内同类型矿井瓦斯富集区探测提供了借鉴。     

基于三维数值模拟的复杂构造地区槽波精细探测研究

为了查明六家煤矿E1N₄6-7工作面构造分布和煤厚变化情况,保证矿井安全生产,根据E1N₄6-7工作面实际地质特征开展了三维数值模拟工作,在分析工作面槽波及频散特征的基础上开展了工作面透射槽波研究。研究结果表明,采用交错网格有限差分GPU并行法对基于实际地质特征的三维多岩层断裂模型实施弹性波场数值模拟,可揭示落差3 m断层的槽波能量变化;采用“全息采集”方式布设观测系统,可最大限度地接收有效槽波信号。透射槽波探测结果显示,E1N₄6-7工作面共存在3处断层和1处煤厚变薄区,共4处地质异常。工作面回采实际揭露情况与此次槽波探测结果吻合良好,验证了该方法的可靠性。研究为精细探测构造复杂地区的微小断层奠定了基础。     

槽波衰减系数成像方法及其应用

透射槽波遇到断层等构造时能量衰减剧烈,非常适用于衰减系数层析成像,但在理论上和常规衰减系数成像不同,需要重新阐述槽波衰减系数成像理论。将构造影响等效于介质吸收作用,通过求介质衰减系数反映构造,由此提出在煤厚不变和煤厚变化两种情况下,槽波衰减系数成像方法的理论解释,给出其解法;对三维断层模型进行槽波数值模拟,用理论数据检验槽波衰减系数成像方法,理论上证明了其有效性;在探测断层、煤厚变化实际应用中,该方法也取得了很好效果。     

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。     

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。     

基于Morlet小波的时频分析方法在地震槽波精准反演煤厚中的应用

根据地震槽波在煤层中的传播规律以及Morlet小波的高分辨性,在通过地震槽波对煤矿工作面内的煤厚进行层析反演预测过程中,采用基于Morlet小波的时频分析方法,将地震槽波在煤层中的传播过程以能量流动的形式求取地震波信号的时间-能量谱,并拾取地震槽波的走时。基于拾取的地震槽波走时,运用瞬时迭代重构算法(SIRT)对工作面内的煤厚及地质构造情况进行层析反演计算和解释。该方法在郭二庄煤矿22204工作面应用过程中得到了良好的验证,基于Morlet小波的时频分析方法能够更加精准地拾取地震槽波的透射走时,提高了工作面煤厚预测的精度。