CN104111479A - 一种煤矿井下随掘槽波地震超前探测方法 - Google Patents
一种煤矿井下随掘槽波地震超前探测方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN104111479A CN104111479A CN201410340834.7A CN201410340834A CN104111479A CN 104111479 A CN104111479 A CN 104111479A CN 201410340834 A CN201410340834 A CN 201410340834A CN 104111479 A CN104111479 A CN 104111479A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- wave
- channel wave
- place ahead
- coal
- development machine
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
Landscapes
- Geophysics And Detection Of Objects (AREA)
Abstract
本发明公开了一种煤矿井下随掘槽波地震超前探测方法,涉及采煤巷道掘进技术领域。包括如下步骤:1)在工作面掘进巷道的顶板、底板、左帮及右帮布置检波器,或者单帮布置检波器,检波器通过采集站和数据传输线连接在槽波地震仪上;2)利用掘进机作业时在煤壁上的振动作为点震源:掘进机钻头冲击煤、岩层时,激发的地震波信号遇到地质体界面时发生折射、散射和波形转换,沿巷道煤壁向掘进机后方传播的散射和直达槽波被检波器接收,传给槽波地震仪,经过数据处理给出探测结果;3)结合探测结果为掘进提供井下实时工作参数。本发明采用槽波地震超前探测,以掘进机作业时的振动为点震源,在不中断作业情况下,进行井下状态监测。
Description
技术领域
本发明涉及采煤巷道掘进技术领域。
背景技术
巷道掘进是一项高投入、高风险的地下隐蔽工程,巷道前方具有很大的模糊性和不确定性,给矿井作业带来了极大风险。在待掘信息未知的情况下进行掘进,井下事故和复杂情况(突水、瓦斯突出等)时有发生,更严重的还能导致人员的伤亡,带来巨大的经济损失,影响了矿井的效益。因此,在掘进过程中,如何不中断作业,实时地掌握各种参数、预测巷道前方压力、监控井下状态等有着极其重要的作用,是非常必要的。伴随煤矿开采深度和开采强度的不断加大,高水压、高地压、高矿压的“三高”威胁日趋严重,地质、水文地质条件越来越复杂,对掘进效率、成本、安全等方面提出了更高层次的技术要求。所以必须采取积极有效的勘探手段,科学地进行掘进工程设计和施工,避免和减少各种掘进事故。
槽波地震勘探是利用在煤层(作为低速波导)中激发和传播的导波、以探查煤层不连续性的一种新的地球物理方法。当煤层中激发的体波包括纵波与横波,激发的部分能量由于顶底界面的多次全反射被禁锢在煤层及其邻近的岩石中(简称煤槽),不向围岩辐射,在煤层中相互叠加、相长干涉,形成一个强的干涉扰动,即槽波。它以煤层为波导沿煤层向外传播,因此槽波又称煤层波或导波,槽波地震传播原理,见图1所示。现有的槽波地震方法,需要炸药激发,涉及到安全问题,所需人员和部门众多,协调不便;只能用来探测工作面内和外围的构造,且没有超前探测巷道迎头前方的构造异常体的探测方法。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种煤矿井下随掘槽波地震超前探测方法,槽波在煤层中传播抗干扰能力强,探测距离远,探测范围大,采用掘进机作业时的振动作为点震源,在不中断掘进作业的情况下,及时预测前方煤层压力、构造情况,进行井下状态监测,为掘进和回采提供井下实时工作参数,进而合理的安排掘进计划、修正施工方案,采取相应预防措施,这样可以有效控制矿井地质灾害的发生,掘进效率高,使用方便,降低成本,最终辅助实现无风险掘进。
为解决上述技术问题,本发明所采取的技术方案是:一种煤矿井下随掘槽波地震超前探测方法,包括如下步骤:
(1)在工作面掘进巷道的顶板、底板、左帮及右帮布置检波器,或者单帮布置检波器,各个检波器通过采集站和数据传输线连接在槽波地震仪上,形成一个测量系统;
(2)利用掘进机作业时在煤壁上的振动作为点震源,不中断作业,实时进行槽波测量:掘进机钻头冲击煤、岩层时,激发的地震波信号遇到地质体界面时发生折射、散射和波形转换,沿巷道煤壁向掘进机后方传播的散射槽波和直达槽波被上述检波器接收,并传给槽波地震仪,经过数据处理和分析后给出超前探测结果;
(3)结合超前探测结果,为掘进提供井下实时工作参数,进而合理的安排掘进计划、修正施工方案,采取相应措施,预防矿井地质灾害的发生。
优选的,检波器之间的间隔为10~50米,多个检波器形成对掘进前方的监测网络,离掘进机最近的检波器距离掘进机70m~90m,避免得到的信噪比偏低。
进一步优选的,离掘进机最近的检波器距离掘进机80m。
优选的,检波器根据工作面掘进进度,采用递进式交替移动方式向掘进方向移动,实现对掘进巷道前方、煤层前方及周边的构造和情况进行连续监测,通过对巷道前方的煤层情况进行监测、分析,收集煤层前方及周边的构造异常及压力异常,并且不断的进行分析、纠正,在掘进过程中得到煤层前方及采掘工作面内异常地段的信息。
优选的,数据处理的第一阶段是将采集到的随掘槽波信号转换成地震剖面的逆VSP处理,包括数据解编、信噪分离、互相关、叠加、反褶积、相位校正和真散射时间校正;第二阶段是对随掘地震信号进行VSP处理,包括初至拾取、时深关系分析、速度分析、波场分离、预测及偏移成像。
本发明工作原理如下:
在掘进机掘进过程中,钻头冲击煤(岩)层产生强大的地震波信号。根据惠更斯-菲涅尔原理和费马原理,当地震波传播路径中存在两种不同介质的界面时,波的传播将发生折射、散射和波形转换。掘进机钻头冲击煤(岩)层时,激发的地震波信号遇到地质体界面时部分发生散射,部分沿巷道煤壁向掘进机后方传播,该散射信息被安装在巷道煤壁的检波器所接收,并传给槽波地震仪,经过数据处理和分析后即可给出超前探测结果。
采用上述技术方案所产生的有益效果在于:
(1)本发明采用超前探测方法为主要手段的槽波地震探测,以掘进机作业时的振动作为点震源,在不中断作业的情况下,及时预测前方煤层压力、构造情况,进行井下状态监测,为掘进和回采提供井下实时工作参数,查明煤矿井下掘进头前方及周边的异常地段,进而合理的安排掘进计划、修正施工方案,采取相应预防措施,这样可以有效控制矿井地质灾害的发生,提高掘进效率,降低成本,最终辅助实现无风险掘进。
(2)本发明直接利用掘进机钻头冲击煤(岩)层产生强大的地震波信号,不需要人工和人为激发炸药信号,安全且不中断掘进作业。能超前探测巷道迎头前方的构造异常体,使用方便。
(3)本发明采用槽波超前探测方法,槽波在煤层中传播抗干扰能力强,探测距离远,预报距离可达100~150m。
附图说明
下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明;
图1是本发明中提到的槽波地震传播原理示意图;
图2是本发明实施例1的技术路线图;
图3是本发明随掘槽波地震超前探测示意图;
图中,1、顶板;2、底板;3、检波器;4、掘进机;5、断层。
具体实施方式
实施例1
一种煤矿井下随掘槽波地震超前探测方法,包括如下步骤:
一、技术路线:见图2所示。
矿井随掘超前探测方法主要是对随掘地震波场的研究,采区现场试验的方法,包括井下随掘的数据采集,在井下采集过程中主要是接收掘进机钻头震动时产生的地震波沿煤层传播的信号,采集时注意观察波形,以及注意尽量选取噪声干扰小时进行采集。采集完成后进行数据处理,主要是对采集的波场信号进行识别和提取,对特殊的干扰波进行剔除,对信号进行互相关处理,波场分离,识别震源,确定震源位置,然后按照VSP处理流程进行偏移成像处理。
二、技术方案:
(1)在工作面掘进巷道的顶板、底板、左帮及右帮布置检波器,或者单帮布置检波器,各个检波器通过采集站和数据传输线连接在槽波地震仪上,形成一个测量系统;
检波器之间的间隔为10~50米,多个检波器形成对掘进前方的监测网络,监测、控制范围可以覆盖半径为迎头煤层中120米空间范围以及周边300m范围的煤层中。
离掘进机最近的检波器距离掘进机70m~90m,避免得到的数据信噪比偏低。
根据工作面掘进进度,检波器可采用递进式交替移动方式向掘进方向移动,实现对掘进巷道前方、煤层前方及周边的构造和情况进行连续、全覆盖监测,通过对巷道前方的煤层情况进行监测、分析,收集煤层前方及周边的构造异常及压力异常,并且不断的进行分析、纠正,在掘进过程中得到煤层前方及采掘工作面内异常地段的信息。
(2)利用掘进机作业时在煤壁上的振动作为点震源,不中断作业,实时进行槽波测量:掘进机钻头冲击煤、岩层时,激发的地震波信号遇到地质体界面(异常体)时发生折射、散射和波形转换,沿巷道煤壁向掘进机后方传播的散射槽波和直达槽波被上述检波器接收(见图3所示),并传给槽波地震仪,经过数据处理和分析后,估计前方和工作面内异常体的形态和具体位置,给出超前探测结果。
数据处理:第一阶段是将采集到的随掘槽波信号转换成地震剖面的逆VSP处理,包括数据解编、信噪分离、互相关、叠加、反褶积、相位校正和真散射时间校正;第二阶段是对随掘地震信号进行VSP处理,包括初至拾取、时深关系分析、速度分析、波场分离、预测及偏移成像。
(3)结合超前探测结果,为掘进提供井下实时工作参数,进而合理的安排掘进计划、修正施工方案,采取相应预防措施,控制矿井地质灾害的发生。
Claims (4)
1.一种煤矿井下随掘槽波地震超前探测方法,其特征在于包括如下步骤:
(1)在工作面掘进巷道的顶板、底板、左帮及右帮布置检波器,或者单帮布置检波器,各个检波器通过采集站和数据传输线连接在槽波地震仪上,形成一个测量系统;
(2)利用掘进机作业时在煤壁上的振动作为点震源,不中断作业,实时进行槽波测量:掘进机钻头冲击煤、岩层时,激发的地震波信号遇到地质体界面时发生折射、散射和波形转换,沿巷道煤壁向掘进机后方传播的散射槽波和直达槽波被上述检波器接收,并传给槽波地震仪,经过数据处理和分析后给出超前探测结果;
(3)结合超前探测结果,为掘进提供井下实时工作参数,进而合理的安排掘进计划、修正施工方案,采取相应预防措施,控制矿井地质灾害的发生。
2.根据权利要求1所述的一种煤矿井下随掘槽波地震超前探测方法,其特征在于所述检波器之间的间隔为10~50米,多个检波器形成对掘进前方的监测网络,离掘进机最近的检波器距离掘进机70m~90m,避免得到的信噪比偏低。
3.根据权利要求1所述的一种煤矿井下随掘槽波地震超前探测方法,其特征在于所述检波器根据工作面掘进进度,采用递进式交替移动方式向掘进方向移动,实现对掘进巷道前方、煤层前方及周边的构造和情况进行连续监测,通过对巷道前方的煤层情况进行监测、分析,收集煤层前方及周边的构造异常及压力异常,并且不断的进行分析、纠正,在掘进过程中得到煤层前方及采掘工作面内异常地段的信息。
4.根据权利要求1所述的一种煤矿井下随掘槽波地震超前探测方法,其特征在于所述数据处理的第一阶段是将采集到的随掘地震信号转换成地震剖面的逆VSP处理,包括数据解编、信噪分离、互相关、叠加、反褶积、相位校正和真散射时间校正;第二阶段是对随掘地震信号进行VSP处理,包括初至拾取、时深关系分析、速度分析、波场分离、预测及偏移成像。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201410340834.7A CN104111479A (zh) | 2014-07-17 | 2014-07-17 | 一种煤矿井下随掘槽波地震超前探测方法 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
CN201410340834.7A CN104111479A (zh) | 2014-07-17 | 2014-07-17 | 一种煤矿井下随掘槽波地震超前探测方法 |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
CN104111479A true CN104111479A (zh) | 2014-10-22 |
Family
ID=51708334
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
CN201410340834.7A Pending CN104111479A (zh) | 2014-07-17 | 2014-07-17 | 一种煤矿井下随掘槽波地震超前探测方法 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
CN (1) | CN104111479A (zh) |
Cited By (12)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104678428A (zh) * | 2015-03-11 | 2015-06-03 | 山东大学 | 隧道掘进机破岩震源和主动源三维地震联合超前探测系统 |
CN104678437A (zh) * | 2015-03-18 | 2015-06-03 | 河南理工大学 | 一种矿井槽波信号波场分离方法 |
CN105137475A (zh) * | 2015-09-17 | 2015-12-09 | 中煤科工集团西安研究院有限公司 | 一种基于皮带机的煤矿工作面实时探测系统及方法 |
CN105607128A (zh) * | 2015-12-31 | 2016-05-25 | 中铁第四勘察设计院集团有限公司 | 一种软硬互层地质条件下的地质断层探测方法 |
CN105866836A (zh) * | 2016-03-30 | 2016-08-17 | 河北煤炭科学研究院 | 矿井三维地震全程地质勘探预测方法 |
CN106526673A (zh) * | 2016-11-10 | 2017-03-22 | 淮南矿业(集团)有限责任公司 | 一种反射法槽波地震勘探巷道超前探测断层试验方法 |
CN106772557A (zh) * | 2016-11-29 | 2017-05-31 | 北京中矿大地地球探测工程技术有限公司 | 利用随掘信号探测煤矿掘进巷道各方向地质构造的方法 |
CN108121010A (zh) * | 2017-12-21 | 2018-06-05 | 中煤科工集团西安研究院有限公司 | 基于孔巷联合的井下独头巷道槽波超前探测方法及系统 |
CN109342757A (zh) * | 2017-11-02 | 2019-02-15 | 西南交通大学 | 一种隧道掘进进尺的自动采集装置和方法 |
CN110988982A (zh) * | 2019-12-20 | 2020-04-10 | 山东唐口煤业有限公司 | 一种用于煤矿掘进巷道的地震ct探测布置方法 |
CN111025380A (zh) * | 2018-10-09 | 2020-04-17 | 河南理工大学 | 一种矿井微地震观测系统设计及面波提取方法 |
CN115653590A (zh) * | 2022-12-09 | 2023-01-31 | 山西易联智控科技有限公司 | 一种掘进机自动移机控制系统及方法 |
Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63134980A (ja) * | 1986-11-27 | 1988-06-07 | Oki Electric Ind Co Ltd | 水路中の物体検知装置 |
CN102681004A (zh) * | 2012-05-14 | 2012-09-19 | 中国矿业大学(北京) | 以掘进机为震源的巷道随掘地震超前探测装置及方法 |
CN103235333A (zh) * | 2013-04-11 | 2013-08-07 | 中国矿业大学 | 基于反射槽波信号的煤巷超前探测断层方法 |
CN203350458U (zh) * | 2013-07-04 | 2013-12-18 | 中国矿业大学 | 便携式煤层槽波采集预警系统 |
-
2014
- 2014-07-17 CN CN201410340834.7A patent/CN104111479A/zh active Pending
Patent Citations (4)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JPS63134980A (ja) * | 1986-11-27 | 1988-06-07 | Oki Electric Ind Co Ltd | 水路中の物体検知装置 |
CN102681004A (zh) * | 2012-05-14 | 2012-09-19 | 中国矿业大学(北京) | 以掘进机为震源的巷道随掘地震超前探测装置及方法 |
CN103235333A (zh) * | 2013-04-11 | 2013-08-07 | 中国矿业大学 | 基于反射槽波信号的煤巷超前探测断层方法 |
CN203350458U (zh) * | 2013-07-04 | 2013-12-18 | 中国矿业大学 | 便携式煤层槽波采集预警系统 |
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
陆斌 等: "采煤机震源有效信号提取及初步应用", 《煤炭学报》, vol. 38, no. 12, 31 December 2013 (2013-12-31), pages 4 - 6 * |
Cited By (15)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
CN104678428A (zh) * | 2015-03-11 | 2015-06-03 | 山东大学 | 隧道掘进机破岩震源和主动源三维地震联合超前探测系统 |
CN104678428B (zh) * | 2015-03-11 | 2015-11-25 | 山东大学 | 隧道掘进机破岩震源和主动源三维地震联合超前探测系统 |
CN104678437A (zh) * | 2015-03-18 | 2015-06-03 | 河南理工大学 | 一种矿井槽波信号波场分离方法 |
CN105137475A (zh) * | 2015-09-17 | 2015-12-09 | 中煤科工集团西安研究院有限公司 | 一种基于皮带机的煤矿工作面实时探测系统及方法 |
CN105607128A (zh) * | 2015-12-31 | 2016-05-25 | 中铁第四勘察设计院集团有限公司 | 一种软硬互层地质条件下的地质断层探测方法 |
CN105866836A (zh) * | 2016-03-30 | 2016-08-17 | 河北煤炭科学研究院 | 矿井三维地震全程地质勘探预测方法 |
CN106526673A (zh) * | 2016-11-10 | 2017-03-22 | 淮南矿业(集团)有限责任公司 | 一种反射法槽波地震勘探巷道超前探测断层试验方法 |
CN106526673B (zh) * | 2016-11-10 | 2018-06-08 | 淮南矿业(集团)有限责任公司 | 一种反射法槽波地震勘探巷道超前探测断层试验方法 |
CN106772557A (zh) * | 2016-11-29 | 2017-05-31 | 北京中矿大地地球探测工程技术有限公司 | 利用随掘信号探测煤矿掘进巷道各方向地质构造的方法 |
CN109342757A (zh) * | 2017-11-02 | 2019-02-15 | 西南交通大学 | 一种隧道掘进进尺的自动采集装置和方法 |
CN109342757B (zh) * | 2017-11-02 | 2019-10-18 | 西南交通大学 | 一种隧道掘进进尺的自动采集装置和方法 |
CN108121010A (zh) * | 2017-12-21 | 2018-06-05 | 中煤科工集团西安研究院有限公司 | 基于孔巷联合的井下独头巷道槽波超前探测方法及系统 |
CN111025380A (zh) * | 2018-10-09 | 2020-04-17 | 河南理工大学 | 一种矿井微地震观测系统设计及面波提取方法 |
CN110988982A (zh) * | 2019-12-20 | 2020-04-10 | 山东唐口煤业有限公司 | 一种用于煤矿掘进巷道的地震ct探测布置方法 |
CN115653590A (zh) * | 2022-12-09 | 2023-01-31 | 山西易联智控科技有限公司 | 一种掘进机自动移机控制系统及方法 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
CN104111479A (zh) | 一种煤矿井下随掘槽波地震超前探测方法 | |
Ghosh et al. | Application of underground microseismic monitoring for ground failure and secure longwall coal mining operation: a case study in an Indian mine | |
CN104166164B (zh) | 煤巷掘进地质构造三分量多波反射三维地震超前探测方法 | |
CN105700010B (zh) | 煤矿联合地震全息预测方法 | |
CN106772557A (zh) | 利用随掘信号探测煤矿掘进巷道各方向地质构造的方法 | |
CN104678428A (zh) | 隧道掘进机破岩震源和主动源三维地震联合超前探测系统 | |
CN104880729B (zh) | 一种基于连续跟踪槽波信号的煤巷超前探测异常构造方法 | |
RU2467171C1 (ru) | Способ диагностики опасных ситуаций при подземной добыче каменного угля и методика прогноза параметров зон трещиноватости, образованной гидроразрывом пласта | |
CN101581789A (zh) | 矿井工作面巷间震波ct探测方法 | |
CN104481587A (zh) | 大采深、大跨度综放采煤工作面顶板砂岩裂隙水探防方法 | |
CN103726844A (zh) | 基于采煤工作面的自动采煤方法 | |
Liu et al. | Activation characteristics analysis on concealed fault in the excavating coal roadway based on microseismic monitoring technique | |
JP2014106075A (ja) | トンネル掘削中の地質探査方法 | |
Xu et al. | A case study of seismic forward prospecting based on the tunnel seismic while drilling and active seismic methods | |
Zhu et al. | Case study of passive seismic velocity tomography in rock burst hazard assessment during underground coal entry excavation | |
Shen et al. | Estimating locations of soil–rock interfaces based on vibration data during shield tunnelling | |
CN105759010A (zh) | 一种采动影响巷道动态监测与稳定评价方法 | |
CN104199110A (zh) | 一种煤矿井下支护过程中的槽波地震立体超前探测方法 | |
Hanson et al. | Advanced techniques in site characterization and mining hazard detection for the underground coal industry | |
Du et al. | Rockburst inoculation process at different structural planes and microseismic warning technology: a case study | |
Li et al. | Geologic forward prospecting using improved tunnel-seismic-while-drilling method: A case study of the water supply project at Songhua River, Jilin, China | |
Jiang et al. | Experiment in metal disturbance during advanced detection using a transient electromagnetic method in coal mines | |
Nilot et al. | Real-time tunneling risk forecasting using vibrations from the working TBM | |
CN113914932B (zh) | 利用震动波断层扫描识别煤与瓦斯突出危险区域的方法 | |
CN211786147U (zh) | 一种隧道地震波超前地质探测系统 |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20141022 |