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。     

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。     

透射槽波在开滦矿区煤层厚度变化探查中的应用

为研究透射槽波对开滦矿区煤层厚度变化情况的探查效果,在开滦矿区某矿2022工作面两巷侧帮开展透射槽波探测,采用透射槽波振幅衰减系数CT成像方法对工作面进行成像,以圈定工作面内煤层厚度变化区域及其他构造异常。经回采验证,槽波探测圈定的煤层厚度变化区域重合度较高,断层位置解释准确。结果表明,透射槽波适用于开滦矿区的煤层厚度变化探查,探查结果为下一步工作面的安全回采提供了地质依据。     

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。     

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。     

采煤工作面地质异常体透射槽波探测技术

针对大型采煤工作面内出现多种地质异常体须探测的问题,采用透射槽波能量衰减系数CT成像技术在多个矿井工作面内分别对断层、陷落柱、薄煤带3种典型地质异常体进行探测。将探测结果与后期收集的验证资料对比表明:透射槽波在遇断层、陷落柱以及薄煤带时,能量有明显的衰减现象;槽波能量衰减系数CT成像结果能够有效反映多种地质异常体的位置与范围;地质异常体衰减系数为0.03~0.06,不同类型异常体的衰减系数有一定差异但并不显著。     

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。     

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。     

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...     

槽波地震勘探在李雅庄煤矿构造探测中的应用

为探明李雅庄煤矿2-612工作面内的隐伏断层及陷落柱展布,保障煤矿安全生产和合理回采,采用槽波地震透射法与反射法对2-612工作面的槽波响应特征进行研究。研究表明:通过槽波能量变化可绘得CT成像图,分辨工作面内与煤厚相当的小构造,并综合已有地质资料和工作面采掘资料,可预测判定断层及陷落柱位置,确定了2-612工作面大、小断层8个,待定异常区域1个。槽波地震勘探技术在李雅庄煤矿取得较好的应用效果,探测结果可作为煤矿安全回采的依据。     

煤层风氧化带的槽波响应特征及探测方法应用研究

为了研究煤层风氧化带的槽波响应特征,建立包含煤层风氧化带的工作面三维层状模型,对波场模拟结果进行分析,采用槽波速度和振幅衰减系数CT成像方法实现了对煤层风氧化带的探测,并在王洼二矿215041工作面开展现场实验。结果表明：煤层风氧化带的槽波响应特征为槽波速度与主频升高、振幅能量衰减,以速度和振幅衰减系数的槽波CT成像方法可以实现对煤层风氧化带的探测;现场实验中槽波振幅能量衰减系数CT成像方法准确率为93.3%,探测精度高于槽波速度CT成像方法。     

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。     

西德槽波地震技术现状

<正> 一、绪 言 众所周知,煤层中的断层构造对机械化采煤,特别是高度机械化的长壁工作面是十分有害的。即使是落差小于煤厚的断层也会妨碍采煤工作的正常进行。而落差大于煤厚的断层的出现则常常导致开采中断,造成巨大的经济损失。因此及早查明煤层中的断层构造,这对合理的采掘部署,采煤工作面的设计和某些安全措施等都是极为重要的。 西德采用构造指数、水平钻探、立体摄影、钻孔电视、井下测井、勘探巷道、槽波地震等各种方法,结合详细的地质编录来探查和预测煤层中的断层构造,取得了可喜的成果。其中槽波地震法最受关注。近几年来,     

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。     

基于广义S变换的煤系断层槽波信号时频分析

介绍了槽波地震勘探是一种利用煤层中传播的槽波对煤层异常构造进行精细探查的有效方法。为分析断层对槽波信号的影响,以用于断层预测及定位,在comsol 5.2中建立了三维煤系地层模型及断层模型,用主频200Hz的雷克子波作为震源激发得到携带断层信息的槽波信号,用广义S变换对信号进行时频分析,得出断层会削减槽波信号的振幅,导致部分频率能量缺失或迁移,当断层断距小于煤厚时对频散曲线影响不大。     

槽波地震探测在河东煤田应用研究

为了保证矿井回采工作面安全顺利回采,以槽波探测技术对回采工作面内断层、陷落柱、隐伏构造等进行槽波探测技术研究。本次槽波探测采用沿巷道呈线状全排列布置接收方式,槽波透射能量衰减为主,槽波速度成像结果图次之,辅以槽波特征分布图、纵横波速度成像结果图、无线电波透视结果实施综合的探测结果研究。基于对应的记录数据和相应的成像,从而针对工作面之中断层和隐伏构造等对应的地质实际构造发育问题加以分析,最终表明,其本身和后期回采工作面实际的揭露情况也是能够相互吻合的。     

极不稳定煤层槽波地震勘探技术

为解决极不稳定煤层工作面因煤厚变化不清,造成大量巷道报废而导致盲目改造,使生产效率低下等技术难题,选用井下槽波地震勘探透射法,基于特定频率下Love型槽波速度与煤厚的关系,通过频散分析、拾取波速、CT成像等数据处理手段,预测工作面内部煤厚变化,圈出了厚度小于1.5 m薄煤层范围,经探巷及回采验证了其准确性。     

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。     

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。