基于掘进机随掘震源的巷道侧前方断层成像技术

基于掘进机随掘震源的地震超前探测,以掘进机切割煤壁和岩石时产生的地震波作为震源,通过在巷道内长时间连续采集地震波并从中寻找反射波实现巷道超前探测。为了使用连续的随掘地震数据实现巷道前方的地质异常体成像,分析了随掘反射波成像的原理,将数据处理和成像的过程分成了5个主要步骤,首先将随掘数据划分为多个一定长度的时间片段并对每个时间片段进行分析,从中挑选出掘进机正常工作时间较长的片段,通过与参考巷道互相关获得脉冲化记录,再依据每个脉冲化记录中直达槽波的信噪比筛选出合格的脉冲化记录,最后,采用基于射线的绕射偏移法对巷道前方和侧帮区域进行成像。并在阳煤榆树坡矿1215工作面回风巷内开展了随掘探测试验,由布置在煤壁内的检波器采集多日的随掘地震数据,对数据进行了处理和成像。结果表明:将掘进机随掘震源地震数据脉冲化后采用绕射偏移法可以实现掘进面侧前方断层的成像;随掘地震数据中包含大量无效数据,评价数据质量并筛选数据是提高成像质量的重要步骤;直接对掘进工作面前方成像缺乏理论依据,由成像结果推断侧前方断层与巷道延伸线的交点可实现巷道正前方断层位置的预测。     

随掘地震震源特征研究

矿井巷道在掘进过程中经常遇到断层、陷落柱、煤岩体结构破碎带等地质异常体,给井巷工程的安全生产带来极大的威胁,因此,对掌子面前方地质异常构造的超前探测意义重大。常规地震勘探由于震源的问题会给探测带来不便,而随掘地震勘探是以掘进机的截割头为震源对前方进行探测的,它具有实时、能量强、安全性高等优点。介绍了掘进机截割头破岩机理,对掘进机截割头的受力进行了分析,系统地探讨了截割头震源的能量、辐射特征,并研究了截割头信号产生的地震波传播规律。为下一步的随掘资料解释奠定了基础。     

离线式随掘地震超前探测技术先导性试验

渭北煤田澄合矿区中小型地质构造较发育,探索适用于澄合矿区的地质构造超前精准探查方法,对构建渭北复杂地质条件下高效智能地质保障体系具有重要意义。随掘地震超前探测利用综掘机截割煤壁产生的震动信号实现巷道前方地质构造的探测,无需使用炸药震源提高了施工的安全性;无需停止掘进作业提高了探测效率,该技术具有广阔的应用前景。选择地震波发育的董家河煤矿为试验区,先导性试验了离线式随掘地震在澄合矿区的应用效果,获得了董家河煤矿5号煤层随掘地震反射地震波波速等参数资料,为随掘地震在澄合矿区的推广和应用做出有益探索。     

基于互相关的随掘地震超前探测有效信号提取方法研究

随掘地震超前探测数据中地震波组成复杂,能量较弱的反射信号难以识别,影响勘探效果。为提取有效反射信号,基于交错网格有限差分方法进行随掘地震超前探测数值模拟,分析随掘地震超前探测波场特征,并使用互相关技术对模拟数据进行处理。研究表明:随掘地震超前探测记录中反射信号能量较弱,被直达波等其他成分掩盖;互相关技术进行处理能够增强反射信号,压缩连续信号,通过奇异值分解技术分离地震波场,从而得到与子波震源类似的地震记录,提高勘探效果。     

离线式随掘地震在断层探测中的应用

三维地震成果显示济宁二号煤矿103下03胶运巷迎头前方发育1条最大落差270 m的八里铺断层,断层的存在不仅破坏了隔水层的完整性,还缩短了下盘工作面与上盘奥灰含水层之间的距离,提高了使用井下钻探方式查明八里铺断层位置的危险性。针对这一情况,在探测目标明确且目标地质体在探测距离内的条件下,本文探索使用YTZ3 (B)型地震仪在103下03工作面胶运巷开展“离线式”随掘地震探测八里铺断层位置与延展特征。试验结果显示,“离线式”随掘地震与三维地震综合解释的断层边界基本一致,两种探测方法互相印证,提高了断层边界位置的探测精度,也表明该技术可为巷道掘进前方地质构造预测预报提供科学指导。     

矿井随掘地震震源时间函数及其模拟数据脉冲化处理研究

随掘地震技术是巷道智能化快速掘进发展急需的地质保障技术之一,由于随掘震源与炸药等主动震源差别较大,常规的认知与数据处理技术已经无法取得效果。针对目前随掘震源认知不足,缺乏有效随掘地震数据正演模拟方法的问题,开展了随掘震源产生机制分析与震源时间函数构建研究。研究发现：随掘地震数据是具有一定延续时间的复杂、变频、连续信号,其相对低频信号主要与综掘机的自身机械动作、随机落煤以及转载机、带式输送机运作等有关,相对高频强能量信号由截割破煤决定,总体表现为一种多源叠加的伪随机信号特征;其次,在线性排列数据采集模式下,随掘震源可近似为不同时延下连续激发的多源叠加而成的综合虚拟点震源,该震源由综掘机械截割煤层时的震动以及煤体破裂、随机落煤、转载、打钻、输送带运输等联合作用而成,其中截割煤层起主要作用。基于震源产生机制分析,构建了随掘地震震源时间函数,并以该时间函数作为震源加载项,开展了随掘地震数值模型试验,得到的随掘地震模拟数据与实测数据具有相同的时间域、频率域以及时频域特征,表明了构建出的随掘地震震源时间函数可有效进行随掘地震数据正演模拟,提升了随掘震源的认知程度。另外,为验证基于脉冲反褶积与互相关...     

随掘地震在乌海矿区断层超前预测中的应用研究

为解决乌海矿区智能化建设面临的透明地质保障问题，选择利民煤矿I030902工作面运输巷开展随掘地震探测工程，依托已有工业环网构建井地随掘地震实时数据传输网络和监测预报系统，在掘进机正常作业的同时，将巷道内采集的随掘地震数据实时传输至地面监控中心，经过数据筛选、脉冲化和偏移成像等步骤实现巷道掘进前方断层的随掘随探，共跟踪掘进长度1 268 m，为期54 d，预报6处断层，准确率75%，最大平面摆动误差6 m，验证效果较好。结果表明：随掘地震探测系统能够在巷道掘进的同时实现巷道前方断层的超前预报和跟踪探测，对多条断层具有良好的成像效果，可准确预测断层位置并及时反馈，保障了巷道掘进作业的安全高效开展。     

采煤机震源有效信号提取及初步应用

基于采煤机震源的随采地震能实现工作面的实时探测,但采煤机震源有效信号的提取方法还需要做全面研究。笔者利用互相关干涉作为主要数据处理方法,对比研究了采煤机位于不同位置时,不同频带内的波场特征;还对比了参考信号检波器位于不同位置时的影响;初步对一个已知煤层尖灭进行了随采地震探测。研究发现：利用互相关干涉技术能够将采煤机的连续震动稳定地转化为脉冲炮集,且信号在1～500 Hz频带和700 m传播距离内都有较高的信噪比,其中槽波和巷道面波是主要的震相,而参考信号的选择对干涉结果有一定的影响。研究认为,利用互相关干涉方法能够提取采煤机的有效信息,能量和频带宽度都符合随采地震的要求。     

基于IABC-ICA的随掘地震去噪方法

随掘地震是利用掘进机切割岩石产生的振动作为震源来进行探测,具有安全、简便、高效等优点,但随掘地震探测所采集的地震记录中波组成分复杂,有效信号能量弱,且被掘进机工作时产生的强噪声干扰,信噪比极低,去噪难度大,需要对随掘地震记录去噪方法进行研究.通过改进人工蜂群(IABC)算法搜索策略,提高了人工蜂群算法的收敛速度和收敛精...     

L1范数约束的随掘地震噪声衰减

煤矿随掘地震勘探将掘进机截割煤岩的振动能量作为震源,规避了炸药震源具有危险性隐患及防碍正常施工的缺陷,具备在煤矿开展正常掘进作业的同时进行井下地震勘探的优势。但与炸药震源相比,掘进机截割煤岩的能量较低,通过互相关得到的类脉冲源的信噪比低;并且,由于煤矿井下狭小的掘进空间里布设了各类设备,导致环境噪声频率成分复杂且能量通常较大,进一步降低了采集到的随掘信号的信噪比,影响了后续偏移成像等数据处理质量。将煤矿随掘地震信号的噪声衰减视作求解一个反问题,并基于互相关的随掘信号在时频域的系数分布相对于环境噪声呈现稀疏性的特征,提出了在反问题的求解过程中嵌入L1范数的约束,然后通过快速迭代算法求解该反问题以达到噪声衰减的目的。与传统阈值类小波去噪方法相比,由于本方法降低了时频系数扩散的影响,提高了时频系数的分辨率,当信号频率成分复杂时,噪声衰减后有效信号保真度更高。分别通过模拟和实际数据验证了方法的有效性。其中,模拟数据的频率分布由2种形式组成:主频(40,60 Hz)独立分布以及(20,60 Hz)重叠分布,并在其基础上合成了3类不同信噪比的含噪信号(信噪比分别为10.8,6.8和1.2)。传统方...     

矿用随掘分布式地震采集系统设计研究

针对目前大多数分布式地震采集系统不适合随掘探测问题,设计了一种矿用随掘分布式地震采集系统。详细介绍了采集系统的硬件组成及功能,使用分布式观测系统和MEMS孔中推靠式数字检波器提高了设备的灵敏度,实现了随掘勘探中掘进机小信号的识别。试验结果表明,矿用随掘分布式地震采集系统采集性能达到随掘快速勘探的要求,可满足采掘过程中对地质构造的探测精度要求,并能提高探测效率,实现边掘边探。     

巷道掘进中地震超前探测波场特征研究

用交错网格有限差分法对激发点置于迎头远端一炮多收系统煤巷内不同地质模型中的弹性波场进行了数值模拟,分析了不同地质模型中的波场特征。研究表明:采用激发点置于迎头远端底板激发底板接收的观测接收方式可以有效排除顶板波的干扰;工作面前方构造界面反射波清晰且表现为负视速度,可通过视速度滤波进行识别提取;工作面绕射波为主要干扰,其出现位置可预测和波列较宽是区别于前方构造界面反射波的主要特征。