CN104360395B - 一种井上下全空间地震波数据采集系统和勘探方法 - Google Patents
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Abstract
一种井上下全空间地震波数据采集系统，包括若干组地震波形成装置(1)，若干组地震波地面接收装置(2)，若干组地震波井下接收装置(3)和地震波数据采集控制装置(4)，地震波形成装置(1)经启动后形成地震波，由地震波地面接收装置(2)和地震波井下接收装置(3)接收，然后形成地震波信号数据，传输给所述地震波数据采集控制装置(4)。本发明能够获得高精度，全方位，大范围的地震波数据，信息量非常丰富，能够准确的确定矿井地质条件，为煤矿企业开采实践提供可靠依据。
Description
技术领域
本发明涉及一种煤矿地震波勘探系统和勘探方法，尤其是一种井上下全空间地震波数据采集系统和勘探方法。
背景技术
由于煤矿开采严重依赖于地质条件，地质条件的变化直接影响到煤矿开采方法的适用，安全措施的适用，设备等等的采购，因此，对于煤矿企业而言，在开采前以及在开采过程中，甚至在开采后都要对矿井地质条件进行勘探并分析判断。目前，煤矿企业采用的地质勘探方法包括井下地震波勘探和孔间地震波勘探。井下地震波勘探是在煤矿井下的巷道内布置震源点和接收点，整个勘探工作都是在井下完成。孔间地震波勘探是在钻孔内进行的一种地震波勘探，通过在岩层内钻孔，将震源点和接收点布置在钻孔内对地质条件进行勘探。
井下地震波勘探将震源点和接收点都布置在井下，在井下施工；孔间地震波勘探的震源点和接收点则都是布置在孔中。井下地震波勘探由于矿井安全生产的要求，井下震源能量受到严格限制，且局限于井下狭小的空间，能够达到的勘探精度和覆盖范围都较小，获得的地质条件信息非常有限。孔间地震波勘探由于施工钻孔成本很高，不宜大面积实施，所能获得地质条件信息严重受限于孔钻数量。因此，煤矿企业采用现有的地震波勘探方法所能获取的地质条件信息极为有限，而地质条件分析的准确性显然严重依赖于勘探信息数量，目前的地震波勘探方法严重不能满足煤矿开采的要求。
发明内容
为了解决目前地震波勘探方法地质条件信息严重有限，无法满足煤矿企业开采要求的问题，本发明提供了一种井上下全空间地震波数据采集系统和勘探方法。
本发明采用的技术方案如下：
一种井上下全空间地震波数据采集系统，包括若干组地震波形成装置，若干组地震波地面接收装置，若干组地震波井下接收装置和地震波数据采集控制装置，所述地震波形成装置经启动后形成地震波，由所述地震波地面接收装置和所述地震波井下接收装置接收，然后形成地震波信号数据，传输给所述地震波数据采集控制装置；所述地震波形成装置布置于矿井地面上，用于产生地震波，每一组包含若干个所述地震波形成装置，沿井下巷道轴向布置，形成线连接；所述地震波地面接收装置布置于所述矿井地面上，每一组包含若干个所述地震波地面接收装置，沿所述井下巷道轴向布置，形成线连接；所述地震波井下接收装置布置于所述井下巷道内，每一条井下巷道内布置一组，每一组包含若干个所述地震波井下接收装置，沿所述井下巷道轴向布置，形成线连接；所述地震波数据采集控制装置布置于所述矿井地面上，与每一组所述地震波地面接收装置和每一组所述地震波井下接收装置分别连接。
在上述井上下全空间地震波数据采集系统中，所述地震波形成装置形成的地震波能量范围由井下开采煤层与所述矿井地面距离确定。
在上述井上下全空间地震波数据采集系统中，所述井下开采煤层与所述矿井地面距离为500-1000m时，所述地震波形成装置形成的地震波能量范围为5000-20000KJ。
在上述井上下全空间地震波数据采集系统中，沿所述井下巷道轴向每间隔5-20m，每一组所述地震波形成装置布置一个所述地震波形成装置，组间距为20-80m，每一组所述地震波地面接收装置布置一个所述地震波地面接收装置，组间距为20-80m，每一组所述地震波井下接收装置布置一个所述地震波井下接收装置；所述每一组地震波形成装置均等间距布置，每一组内的每一个所述地震波形成装置也等间距布置；所述每一组地震波地面接收装置均等间距布置，每一组内的每一个所述地震波地面接收装置也等间距布置；所述每一组地震波井下接收装置内的每一个所述地震波井下接收装置等间距布置。
在上述井上下全空间地震波数据采集系统中，所述井下开采煤层与所述矿井地面距离为600m时，所述地震波形成装置形成的地震波能量范围为5000-10000KJ。
在上述井上下全空间地震波数据采集系统中，沿所述井下巷道轴向每间隔5m，每一组所述地震波形成装置布置一个所述地震波形成装置，组间距为20m，每一组所述地震波地面接收装置布置一个所述地震波地面接收装置，组间距为20m，每一组所述地震波井下接收装置布置一个所述地震波井下接收装置；所述每一组地震波形成装置均等间距布置，每一组内的每一个所述地震波形成装置也等间距布置；所述每一组地震波地面接收装置均等间距布置，每一组内的每一个所述地震波地面接收装置也等间距布置；所述每一组地震波井下接收装置内的每一个所述地震波井下接收装置等间距布置。
在上述井上下全空间地震波数据采集系统中，所述地震波形成装置包括一个炸药震源或可控震源。
在上述井上下全空间地震波数据采集系统中，所述地震波地面接收装置和所述地震波井下接收装置均包括一个动圈式三分量地震波检波器，且型号相同。
在上述井上下全空间地震波数据采集系统中，所述地震波井下接收装置通过锚杆固定于所述井下巷道顶板上。
在上述井上下全空间地震波数据采集系统中，所述地震波井下接收装置通过钻孔与所述地震波数据采集控制装置连接。
一种采用上述井上下全空间地震波数据采集系统对矿井地质条件进行井上下全空间地震探测的勘探方法，包括如下步骤：
(a)将所述地震波形成装置，所述地震波地面接收装置布置于所述矿井地面上，将所述地震波井下接收装置布置于所述井下巷道内，并将所述地震波地面接收装置和所述地震波井下接收装置与所述地震波数据采集控制装置连接；
(b)启动所述地震波形成装置，使形成地震波，同时启动所述地震波地面接收装置和所述地震波井下接收装置对所述地震波信号进行接收，并转化为地震波数据，然后传输给所述地震波数据采集控制装置；
(c)通过所述地震波数据采集控制装置对所述地震波数据进行分析，并进行层析成像处理，获得矿井地质条件信息。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
①本发明提供的一种井上下全空间地震波数据采集系统和勘探方法，由于是在地面形成地震波，并由地震波地面接收装置和井下接收装置共同接收，能够根据煤矿开采条件确定地震波能量范围，并据此合理布置地震波形成装置数量和接收装置数量，因此，本发明能够突破钻孔数量限制和井下开采空间限制以及安全要求，高精度，全方位，大范围的确定出矿井地质条件，能够有力的指导煤矿生产实践。
②本发明提供的一种井上下全空间地震波数据采集系统和勘探方法，由于不需要进行钻孔施工，不仅不需要支付钻孔费用，而且不需要花费钻孔时间，因此，本发明在超过钻孔间勘探效果的同时，还能够较大幅度的降低勘探成本。
③本发明提供的一种井上下全空间地震波数据采集系统和勘探方法，通过矿井深度确定地震波能量范围，并对地震波形成装置，地震波地面接收装置和地震波井下接收装置沿井下巷道轴向布置数量进行了合理确定，因此，本发明在满足矿井地质条件勘探要求同时，有效控制勘探成本。
④本发明提供的一种井上下全空间地震波勘探方法，由于能够获得高精度，全方位，大范围的地震波数据，且通过层析成像方法反演井下巷道与地面之间的地质信息，因此，本发明能够准确勘探井下巷道周围煤层顶板的地质情况，同时获得高分辨率的地层速度等物性信息，为煤矿开采实践提供准确可靠的指导。
⑤本发明提供的一种井上下全空间地震波数据采集系统和勘探方法，由于地震波地面接收装置是线连接，并等距离分成若干组，因此，本发明能够达到高分辨率的地面二维和三维地震勘探目的。
⑥本发明提供的一种井上下全空间地震波数据采集系统和勘探方法，由于在采用地面地震波接收同时，还进行井下接收，能够通过井下接收装置采集的数据，对由地面接收装置采集的地面二维和三维地震波数据进行约束反演，进而提高地面二维和三维地震波勘探的分辨率和解释精度。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚的理解，下面根据本发明的具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中：
图1是本发明一种井上下全空间地震波数据采集系统沿井下巷道径向剖视的结构示意图；
图2是本发明一种井上下全空间地震波数据采集系统沿井下巷道轴向剖视的结构示意图。
图中标记为：1-地震波形成装置，2-地震波地面接收装置，3-地震波井下接收装置，4-地震波数据采集控制装置，5-矿井地面，6-井下巷道，7-开采煤层，8-锚杆，9-钻孔。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
图1和显示的是本发明一种井上下全空间地震波数据采集系统和勘探方法的优选实施例。
所述井上下全空间地震波数据采集系统，其特征在于：包括若干组地震波形成装置1，若干组地震波地面接收装置2，若干组地震波井下接收装置3和地震波数据采集控制装置4，所述地震波形成装置1经启动后形成地震波，由所述地震波地面接收装置2和所述地震波井下接收装置3接收，然后形成地震波信号数据，传输给所述地震波数据采集控制装置4；所述地震波形成装置1布置于矿井地面5上，用于产生地震波，每一组包含若干个所述地震波形成装置1，沿井下巷道6轴向布置，形成线连接；所述地震波地面接收装置2布置于所述矿井地面5上，每一组包含若干个所述地震波地面接收装置2，沿所述井下巷道6轴向布置，形成线连接；所述地震波井下接收装置3布置于所述井下巷道6内，每一条井下巷道6内布置一组，每一组包含若干个所述地震波井下接收装置3，沿所述井下巷道6轴向布置，形成线连接；所述地震波数据采集控制装置4布置于所述矿井地面5上，与每一组所述地震波地面接收装置2和每一组所述地震波井下接收装置3分别连接。
在本实施例中，所述地震波形成装置1形成的地震波能量范围由井下开采煤层7与所述矿井地面5距离确定。
在本实施例中，所述井下开采煤层7与所述矿井地面5距离为600m，所述地震波形成装置1形成的地震波能量范围为5000-10000KJ。
在本实施例中，沿所述井下巷道6轴向每间隔5-20m，每一组所述地震波形成装置1布置一个所述地震波形成装置1，组间距为20-80m，每一组所述地震波地面接收装置2布置一个所述地震波地面接收装置2，组间距为20-80m，每一组所述地震波井下接收装置3布置一个所述地震波井下接收装置3；所述每一组地震波形成装置1均等间距布置，每一组内的每一个所述地震波形成装置1也等间距布置；所述每一组地震波地面接收装置2均等间距布置，每一组内的每一个所述地震波地面接收装置2也等间距布置；所述每一组地震波井下接收装置3内的每一个所述地震波井下接收装置3等间距布置。
在本实施例中，所述地震波形成装置1包括一个炸药震源或可控震源。
在本实施例中，所述地震波地面接收装置2和所述地震波井下接收装置3均包括一个动圈式三分量地震波检波器，且型号相同。
在本实施例中，所述地震波井下接收装置3通过锚杆8固定于所述井下巷道6顶板上。
在本实施例中，所述地震波井下接收装置3通过钻孔9与所述地震波数据采集控制装置4连接。
采用本实施例中的井上下全空间地震波数据采集系统对矿井地质条件进行井上下全空间地震探测的勘探方法，包括如下步骤：
(a)将所述地震波形成装置1，所述地震波地面接收装置2布置于所述矿井地面5上，将所述地震波井下接收装置3布置于所述井下巷道6内，并将所述地震波地面接收装置2和所述地震波井下接收装置3与所述地震波数据采集控制装置4连接；
(b)启动所述地震波形成装置1，使形成地震波，同时启动所述地震波地面接收装置2和所述地震波井下接收装置3对所述地震波信号进行接收，并转化为地震波数据，然后传输给所述地震波数据采集控制装置4；
(c)通过所述地震波数据采集控制装置4对所述地震波数据进行分析，并进行层析成像处理，获得矿井地质条件信息。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。
Claims (9)
1.一种井上下全空间地震波数据采集系统，其特征在于：包括若干组地震波形成装置(1)，若干组地震波地面接收装置(2)，若干组地震波井下接收装置(3)和地震波数据采集控制装置(4)，所述地震波形成装置(1)经启动后形成地震波，由所述地震波地面接收装置(2)和所述地震波井下接收装置(3)接收，然后形成地震波信号数据，传输给所述地震波数据采集控制装置(4)；
所述地震波形成装置(1)布置于矿井地面(5)上，用于产生地震波，每一组包含若干个所述地震波形成装置(1)，沿井下巷道(6)轴向布置，形成线连接；
所述地震波地面接收装置(2)布置于所述矿井地面(5)上，每一组包含若干个所述地震波地面接收装置(2)，沿所述井下巷道(6)轴向布置，形成线连接；
所述地震波井下接收装置(3)布置于所述井下巷道(6)内，每一条井下巷道(6)内布置一组，每一组包含若干个所述地震波井下接收装置(3)，沿所述井下巷道(6)轴向布置，形成线连接；
所述地震波数据采集控制装置(4)布置于所述矿井地面(5)上，与每一组所述地震波地面接收装置(2)和每一组所述地震波井下接收装置(3)分别连接。
2.根据权利要求1所述的井上下全空间地震波数据采集系统，其特征在于：所述地震波形成装置(1)形成的地震波能量范围由井下开采煤层(7)与所述矿井地面(5)距离确定。
3.根据权利要求2所述的井上下全空间地震波数据采集系统，其特征在于：所述井下开采煤层(7)与所述矿井地面(5)距离为500-1000m时，所述地震波形成装置(1)形成的地震波能量范围为5000-20000KJ。
4.根据权利要求3所述的井上下全空间地震波数据采集系统，其特征在于：沿所述井下巷道(6)轴向每间隔5-20m，每一组所述地震波形成装置(1)布置一个所述地震波形成装置(1)；组间距为20-80m，每一组所述地震波地面接收装置(2)布置一个所述地震波地面接收装置(2)；组间距为20-80m，每一组所述地震波井下接收装置(3)布置一个所述地震波并下接收装置(3)；
每一组地震波形成装置(1)均等间距布置，每一组内的每一个所述地震波形成装置(1)也等间距布置；
每一组地震波地面接收装置(2)均等间距布置，每一组内的每一个所述地震波地面接收装置(2)也等间距布置；
每一组地震波井下接收装置(3)内的每一个所述地震波井下接收装置(3)等间距布置。
5.根据权利要求1-4任一所述的井上下全空间地震波数据采集系统，其特征在于：所述地震波形成装置(1)包括一个炸药震源或可控震源。
6.根据权利要求1-4任一所述的井上下全空间地震波数据采集系统，其特征在于：所述地震波地面接收装置(2)和所述地震波井下接收装置(3)均包括一个动圈式三分量地震波检波器，且型号相同。
7.根据权利要求1-4任一所述的井上下全空间地震波数据采集系统，其特征在于：所述地震波井下接收装置(3)通过锚杆(8)固定于所述井下巷道(6)顶板上。
8.根据权利要求1-4任一所述的井上下全空间地震波数据采集系统，其特征在于：所述地震波井下接收装置(3)通过钻孔(9)与所述地震波数据采集控制装置(4)连接。
9.一种采用权利要求1-4任一所述的井上下全空间地震波数据采集系统对矿井地质条件进行井上下全空间地震探测的勘探方法，其特征在于：包括如下步骤：
(a)将所述地震波形成装置(1)，所述地震波地面接收装置(2)布置于所述矿井地面(5)上，将所述地震波井下接收装置(3)布置于所述井下巷道(6)内，并将所述地震波地面接收装置(2)和所述地震波井下接收装置(3)与所述地震波数据采集控制装置(4)连接；
(b)启动所述地震波形成装置(1)，使形成地震波，同时启动所述地震波地面接收装置(2)和所述地震波井下接收装置(3)对所述地震波信号进行接收，并转化为地震波数据，然后传输给所述地震波数据采集控制装置(4)；
(c)通过所述地震波数据采集控制装置(4)对所述地震波数据进行分析，并进行层析成像处理，获得矿井地质条件信息。
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