槽波反射法勘探在煤矿生产中的应用

槽波是煤层中传播的导波,槽波勘探技术是地震勘探技术的一个范畴,它是将地震勘探技术应用于煤矿井下的矿井物探新技术,槽波勘探技术将地震仪直接安放在煤矿回风顺槽和运输顺槽的巷道中,在煤层中激发和接收地震波来研究煤层中的地质构造问题。槽波勘探技术具有信号能量强、信噪比高、探测距离长、分辨率和精度高等优点,在煤矿隐蔽致灾因素探测方面正发挥越来越重要作用,结合工程案例说明槽波反射法探测断层的应用效果。     

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。     

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。     

新景矿15030工作面回风巷反射槽波地震探测研究与应用

山西新景矿煤业有限责任公司为了提前探测15030回风巷两侧地质构造(现象)赋存情况,以及其对工作面布置的影响程度,为工作面顺槽巷道的布置及其安全回采提供可靠资料依据,经研究决定在15030回风巷向东、西两侧及切巷开展反射槽波勘探施工。提前探测15030回风巷左侧区域落差大于1/2煤厚的断层2条,以及其对工作面布置的影响程度,为工作面顺槽巷道的布置及其安全回采提供可靠资料依据。     

地震槽波断层探测观测系统设计和数据解译技术北大核心

为了利用地震槽波勘探技术准确探测断层,根据断层位置和产状的不同,分工作面内部断层探测、外部断层探测和其他情况等概化建立了10种典型观测系统模型;其中,工作面内部断层探测中又按断层在工作面内部位置、断层走向与测线夹角大小和断层落差大小细分为7种类型;分模型阐述了探测方法、炮检点布置和对应的数据解译方法等。以2个典型断层探测工程为例,分析了工作面巷道布置、煤厚、煤层赋存和构造发育情况等测区条件,根据拟探测断层的位置和产状等,对照观测系统模型开展了观测系统设计,在云顶煤矿11160工作面开展了反射法勘探,在观音堂煤矿25050工作面开展了透、反射法联合勘探,经数据解译和成果验证,实揭情况与勘探预测成果较为一致。     

断层走向对槽波勘探效果的影响分析

断层的赋存状态,对槽波探测精度有一定的影响。为研究断层走向对槽波勘探效果的影响,建立了二维煤系地层模型,采用数值模拟方法,设置了4种断层走向模型进行了数值模拟分析,并对山东郓城煤矿隐蔽断层进行槽波勘探应用。通过对采集的单炮记录进行包络叠加法处理,得出:断层走向与巷道的夹角不同时,小角度的夹角(40°)偏移后其角度变化不大,但夹角接近40°时,偏移后的角度变化很大;在断层走向与巷道夹角较大时,依然可以采用常规的反射槽波处理流程来处理,只需要对叠加同相轴进行偏移即可。研究成果对槽波探测断层的赋存情况提供了理论依据,同时对推断断层走向的解释和分析有一定的意义。     

槽波反射法在矿井断层探测中的应用

断层是制约矿井生产的一个重要影响因素,提前探测出断层位置及赋存参数对确保矿井生产安全具有重要意义。为了探测出屯兰矿22301工作面断层赋存情况,在采面皮带巷内采用槽波反射法进行探测,后将探测结果与钻探、实际开采时揭露断层参数进行比对,并对该技术方法在井下断层精度勘探中应用情况进行分析。采用主频率100~150Hz、速度880m/s槽波在22301探测出存在一条西南方向、长度205m反射界面,推测为一断层,经过轨道巷道内的钻探、掘进揭露以及采面回采揭露,证明了该断层真实存在,且实际走向与探测走向一致,实际揭露位置与探测位置偏差8m,采面内延伸长偏差7m。结果表明,采用槽波反射法可以实现对采面内断层的精准探测,可以在一定程度上弥补三维地震勘探存在的探测结果偏差大问题,提升采面生产安全系数。     

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。     

透射槽波在油页岩中探测断层的应用

槽波是形成于岩-煤-岩中的一种导波,槽波技术经过多年发展,现已成为煤矿井下探测各种地质异常体最有效的手段之一,服务于煤矿的安全生产。油页岩是一种沉积岩,含可燃有机质,属于高灰分的腐泥煤,油页岩的开采跟煤层一样,同样受断层的影响。在采用槽波方法探测甘肃某矿油页岩层中断层的基础上,通过综合分析、定性解释,结合打钻与回采验证情况,得出槽波在油页岩层中发育较好,能够较准确地探测断距大于1/2煤厚的断层。     

凌志达15207工作面反射槽波综合探测

反射槽波探测是一种新型的井下物探技术,主要用于探测工作面内断层的发育情况。为有效探测凌志达煤矿15207工作面内异常地质构造的发育情况,开展了反射槽波法探测试验,采用反射槽波成像方法对井下槽波数据进行处理,最终获得了15207工作面内多种异常地质构造的成像结果。实验结果表明:反射槽波能够有效探测断层、陷落柱、挠曲等多种异常地质构造的位置及在工作面内的延展情况。     

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。     

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。     

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。     

槽波地震勘探技术在采煤工作面构造 探测中的应用

采煤工作面构造探测是实现工作面安全高效开采的重要保障。以乌兰木伦煤矿12404工作面构造探测为研究背景,应用采煤工作面槽波地震勘探技术,优化勘探工艺参数,通过沿主运巷、回风巷和切眼布置激发点和检波点,共布设接收点249道,测线长度2 480 m;采用20 m间距,布置激发点129个。采用全排列采集方案接收有效数据,采集有效数据129炮,经验证数据全部满足要求。应用透射槽波及反射槽波相结合的方法,进行数据处理与解释,得出该工作面内有4条断层,并无其他地质异常构造,进一步分析得到了4条断层的走向、落差、控制延展长度和控制程度等具体参数。     

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。     

反射槽波在双柳煤矿探测采空区边界的应用

老窑采空区一直是困扰煤矿安全生产的危险隐患，为了查清老窑破坏区边界，防止危险事故发生，利用矿井槽波地震反射探测技术对疑似采空区域进行远距离探测。通过对已知采空区进行槽波试验，分析出槽波对采空区反映的频谱特征，形成辨识采空区边界范围的判断依据，然后有针对性地探测疑似区域。研究结果表明:山西省河东煤田双柳矿3（4）号煤层槽波的频散特征明显，正常煤体的槽波主频集中于100~200 Hz，速度在1 000 m/s左右；而采空区槽波能量微弱且不连续，横波的能量超过槽波，整体杂乱无章；采空区槽波主频区间较正常煤体略高，速度略低     

槽波地震透射法和反射法在断层探测中的联合应用

为提高井下槽波地震勘探对工作面内部断层探测精度,解决采用单一透射法探测物探异常区效果不理想问题,提出透射/反射联合勘探的施工方法,对工作面内部进行透射法勘探,并对拾取的Love型槽波旅行时进行层析成像,绘制槽波波速分布图,从而判断地质异常体的有无;同时进行反射法勘探,利用Rayleigh型槽波解译数据,确定断层位置及大致衍生方向。实践表明,两者联合使用可以获取更加丰富的地质信息,确保了勘探成果的准确性。     

基于地震槽波透反射联合勘探的断层探测技术研究

为了解决复杂地质条件下井下断层探测技术难题,以观音堂煤矿25050工作面为例,根据工作面煤层赋存不稳定、构造发育等特点,采用地震槽波透反射联合探测方法进行断层探测。经回采验证,探测效果与实际揭露情况一致性较好。     

槽波地震“透射-反射”联合法在回采工作面地质构造探测中的应用

煤矿工作面回采过程中无计划揭露地质构造将造成人员伤亡和财产损失,严重影响煤矿安全生产,为提前探明其赋存规律,针对典型回采工作面,采用槽波地震“透射-反射”联合法进行地质构造精细化探测。结果表明:槽波地震透射法探测对采面内陷落柱的反应良好,可以高精度控制陷落柱的影响区域,且偏差小于20 m;槽波地震反射法探测对采面内走向型断层的反应良好,可以找到采面内断距大于1.5 m的近走向型断层的发育位置及延伸长度;综合利用槽波地震“透射-反射”联合法进行采面地质构造精细化探测,可提升探测准确率,对于直径30 m以上陷落柱和断距大于1.5 m近走向断层的探测准确率可提高至80%以上。     

槽波反射法在工作面小构造探测中的应用

槽波勘探技术具有能量强、信噪比高、探测距离长、勘探精度高等特点,在隐蔽致灾因素探测方面发挥了重要作用。在单一巷道中解决工作面内部的构造问题只能依靠槽波反射法勘探,因为槽波反射勘探可以将激发点和接收点布置在同一条巷道,受空间限制程度较小,在实际应用中有一定的优势和实用价值。结合实例介绍了槽波反射勘探的基本原理,详细说明了此次槽波反射勘探的施工工艺、数据处理流程等。经过验证对比,地质效果良好。只要观测系统合理,槽波反射勘探在解决工作面内部小构造问题方面有一定优势。