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。     

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。     

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。     

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。     

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。     

煤层厚度变化的透射槽波探测技术

为解决工作面内煤层厚度变化对煤矿采掘部署、生产计划、采出率的影响问题,首先分析了煤层厚度变化的地质原因及主要探测手段;其次,在介绍槽波探测理论的基础上,采用3D正演模拟方法对工作面内部煤层厚度变化情况进行了研究,证明了透射槽波探测煤层厚度的可行性;最后,采用透射槽波探测技术对黄陵某矿工作面内部煤层厚度变化情况进行了探测,查明了工作面煤层厚度变化情况。探测结果表明透射槽波探测技术能够有效探查工作面内部的煤层厚度变化,为矿井安全开采提供有效技术支撑。     

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。     

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。     

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...     

基于透射槽波的工作面煤层厚度高精度反演方法

矿井地质条件复杂,煤岩体的非均质性和各向异性、煤层结构和煤岩层组合特征、以及巷道条件导致炮检点环境的差异,均会影响槽波的形成及传播,使实际槽波传播特征与理论"岩-煤-岩"模型差别甚远,增加了透射槽波方法反演煤层厚度的准确性和难度。为提高煤矿井下采煤工作面煤层厚度变化的预测精度,提出了基于槽波频散理论和分频处理技术反演煤层厚度变化的方法,通过理论情况下Love型槽波传播规律建立了不同频率下槽波群速度与煤层厚度的关系,采用窄带滤波方法分析了成像频带对反演精度的影响,提出了层析成像频带优选策略,提高了群速度反演煤层厚度的精度;将该方法应用于陕西铜川焦平矿区2408工作面煤层厚度探测,该工作面平均煤层厚度7.6 m,选择50～80 Hz的频率区间对层析成像频带进行研究,定义了煤层厚度采样点与槽波群速度的分类关系,利用87个巷道采样点评价了各成像频段对群速度和反演煤层厚度的影响,优选60～75 Hz频带的成像群速度与巷道采样点和回采揭露点的相关性分别为81.6%和85.1%;将优选频带反演的煤层厚度与回采前后181个实际煤层厚度数据进行误差分析,煤层厚度预测误差绝对值小于0.40 m(误差小于5...     

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。     

地质构造对煤层厚度影响研究

以曹村煤矿为背景,利用理论分析和现场实践等方法,对曹村煤矿地质构造对该矿煤层厚度影响状况进行研究。研究结果表明:由于在曹村煤矿浅部是单斜构造,在该矿的深部构造是紧密褶皱及大幅度倒转褶曲,在燕山构造早期形成了缓倾角断层和大角度逆冲断层,而在燕山构造晚期则形成大量高角度正断层。在正断层的引张拖拽作用下,正断层附近上下盘面煤层厚度变薄,而在逆断层附近盘面,由于挤压聚集形成厚煤层。在相对封闭的褶皱带内,处于该区域的煤层由于受到挤压而发生塑性流变,形成"断续"状煤层;而在倒转褶曲区域附近,处在正常翼的煤层由于受压而变薄,处于倒转翼煤层仍然维持稳定性较好的状态,煤层厚度较厚。     

地质构造对煤层厚度的影响研究

为了正确指导煤矿的采掘工作,要求随着采掘巷道施工及时测量煤层厚度,探查煤层厚度的变化。根据淮北矿区芦岭煤矿和桃园煤矿的勘探钻孔资料和已经揭露的井下地质情况,通过对井田地质构造特征的研究,分析了影响煤层厚度变化的主要地质构造因素,对煤矿合理布置采掘巷道和选择合理的采煤方法具有一定的指导意义。     

煤层的槽波赋存状况及其分类

从理论和实际探测资料两个方面，对我国部分矿区主要可采煤层的槽波赋存状况进行了分析和研究，并根据槽波的特性等将其分为４类，研究结果表明，我国的大多数薄一中厚煤层，具有较好的槽波赋存条件，适合于使用槽波地震探测技术解决矿井地质问题。     

煤层厚度对倾斜煤层巷帮应力影响研究

根据理论分析得出煤层厚度的变化使倾斜煤层两帮应力高峰区煤岩结构不同。通过实验研究发现,煤岩组合试样中煤岩比例不同,煤岩组合试样的单轴抗压强度也相应不同,可以运用煤岩组合试验结果解释倾斜煤层两帮应力随煤厚变化的关系。数值模拟结果和现场微震监测结果均证明了煤层厚度对于倾斜煤层两帮应力具有影响。     

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。