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...     

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。     

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。     

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。     

煤层厚度对槽波频散特性的影响

槽波地震勘探是一种能够有效预测煤层工作面内小幅构造的井下物探技术。为了达到预测煤层厚度分布的目的,基于弹性波理论,推导了勒夫型槽波频散方程,并分析了煤层厚度变化对槽波频散特性的影响。研究表明,槽波的埃里相频率和速度与煤层厚度关系密切,通过槽波频散曲线提取,可以实现煤层分布的预测,为利用槽波频散特性实现煤层厚度预测提供理论依据。     

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。     

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...     

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。     

透射槽波地震勘探在济宁二号煤矿的应用

济宁二号煤矿煤层结构较复杂,煤层冲刷带、断层等地质构造是影响矿井安全高效回采的主要地质因素,如何查清回采工作面内的煤层冲刷范围与断层的展布情况是亟需解决的难题.基于槽波地震探测原理,通过透射槽波在济宁二号煤矿123上02工作面的应用,分析了槽波单炮、频散、频谱分析及波场速度的响应特征,研究了利用槽波能量预测冲刷带范围和...     

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。     

Rayleigh型槽波垂直分量探测的应用研究

在目前的槽波地震勘探中,Love型槽波被广泛应用,从施工和数据处理等环节分析发现,Love型槽波在勘探过程中存在一定的局限性,而Rayleigh型槽波的垂直分量(即z分量)相对于Love型槽波具有一定优势,可以运用于槽波勘探。为了研究Rayleigh型槽波比Love型槽波在勘探中的优越性,利用广义Snell定律并经理论计算证明,Rayleigh型槽波在通常情况下是存在的,基阶Rayleigh型槽波z分量的能量在煤层中央位置最强,且不受接收角度的影响,再通过使用二维数值模拟分析,Rayleigh型槽波在煤层中的传播规律以及能量分布规律,发现基阶的Rayleigh型槽波发育良好,煤层中央位置能量最强,与之前理论分析吻合。最后进行了槽波透射勘探和反射勘探的应用试验,数据处理时运用Rayleigh型槽波的处理方法,取得了良好的探测效果。研究结果表明:Rayleigh型槽波通常都存在,因炸药震源激发的弹性波以P波为主,Rayleigh型槽波z分量能量较Love型槽波更强,所以Rayleigh型槽波更适合槽波勘探,具体表现在勘探施工时相对于Love型槽波具有施工效率高,设备轻便的优势,施工时间可以缩短至之前的1/3甚至1/6;在数据处理阶段免去两分量记录旋转操作,简化了流程提高了处理精度。     

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。     

CO2集中力源的地震波场特征及应用

CO₂震源通过调节泄压头的出气口控制激发方向,实现集中力源的定向激发,克服了传统震源激发方向不可控的难题,然而CO₂集中力源在煤层中激发的三维波场特征尚未揭示。基于此,笔者通过三维数值模拟、物理分析、现场试验对CO₂集中力源进行研究,结果表明:不同集中力源在煤层中激发的地震波场差异显著,通过力学机制分析了均匀模型及煤-岩-煤模型X方向集中力源下多分量不同方向纵波、横波及槽波振幅差异特性,研究了煤层界面对地震波传播的影响机制,进一步解释了煤层内部激发X方向集中力源加载下体波、槽波的波场特征和传播机理。研究发现X方向集中力源在X分量中沿着震源位置的Y方向槽波振幅最强,Y方向集中力源在Y分量中沿着震源位置的X方向槽波振幅最强,Z方向集中力源的Z分量槽波振幅强。因此,X方向集中力源适合回采工作面Love型槽波透射探测,Y方向集中力源适合掘进工作面Love型槽波超前探测,Z方向集中力源适合Rayleigh型槽波勘探。利用X方向集中力源进行了面内透射试验,对多组CO₂集中力源激发多道接收的地震记录进行了槽波能量...     

槽波的吸收衰减

槽波在煤层及其附近岩石介质传播过程中，其能量随传播距离的增大而不断衰减，槽波衰减与其柱状波前扩散及几何频散有关，同时也与煤槽吸收作用有关。能量衰减限制了槽波地震勘探的探测范围。本文讨论了煤槽的Ｑ值及其影响因素。     

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。     

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。     

基于槽波透射法的极不稳定煤层薄煤区精细探测技术

采煤工作面内薄煤区的精细探测对于煤矿安全高效回采及巷道改造具有重要意义;首先,分析基于槽波透射法的极不稳定煤层薄煤区精细探测方法原理,给出了具体数据采集和数据处理流程;然后,建立了含不同煤层厚度的典型三层地质模型,基于频散方程进行了理论计算。结果表明:煤层厚度越大,槽波主频向低频方向移动,槽波主频-煤厚-波速的对应关系可以作为槽波透射法探测薄煤区的理论依据。     

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     

基于槽波和CT成像的矿区煤系地质复杂工作面隐伏构造精细化探测

利用槽波频散特性反演矿区煤系地质构造是一项重要工作，但是槽波传播过程中，地质情况变化复杂，单频或窄带滤波难以兼顾槽波群速度的变化和不同接收点的槽波能量，研究矿区煤系地质构造勘查中的槽波和CT成像联合探测技术。分析了槽波雷达探测技术以及对地质勘查的作用，槽波雷达探测技术凭借波阻抗界面采集煤矿周围的地质相关数据，再实施频散分析以及重构CT成像处理。整合全部勘查数据，分析处理后的资料，实现矿区煤系地质构造勘查。采用SCT槽波数据处理软件进行实验，实验结果表明，将槽波地震联合探测方法引入矿区某矿1223工作面，综合利用透射槽波与反射CT图像重构成果精细解释2条断层在工作面内的展布位置及影响范围，经回采验证，2条断层的解释位置准确，应用效果较理想。     

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。