CN105353410A - 一种煤矿井下二分量槽波地震勘探方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种煤矿井下二分量槽波地震勘探方法，包括数据采集，数据旋转分解等步骤，本发明与现有技术相比，本发明通过将检波器连接到锚杆上，便于检波器的井下安置，大大减少了设备安置工序，提高了工作效率；另一方面，通过旋转二分量槽波地震记录，消除勒夫型槽波与检波器方向的夹角，主要得到波形特征明显的最大振动极化方向上的勒夫型槽波地震记录，由于仪器便于布置且轻便，因此，可满足高密度、高覆盖面积及完备的观测系统的要求，提高了后续的槽波数据处理和成像的精度。

Description

一种煤矿井下二分量槽波地震勘探方法

技术领域

本发明涉及煤矿巷道工作面回采等矿井安全技术领域，用于精确探测回采工作面内的小断层、陷落柱、采空区、煤层厚度变化及夹矸等的空间展布发育情况，具体涉及一种煤矿井下二分量槽波地震勘探方法。

背景技术

煤层中小断层、陷落柱等小构造在煤田普查勘探中很难被发现，但这些煤层地质中存在的小构造严重威胁煤矿生产安全，尤其是在实际采掘阶段，由于煤层地质中无法探明各种潜在的构造，可能在采掘过程中出现塌方、冒顶、跑水等生产事故，严重危害生产工人的生命安全，同时也会导致该开采区的采掘无法实现最大化，造成各种资源的浪费。现有的物探技术中，井下槽波地震勘探对于解决这些问题具有良好的效果，首先，由于槽波是形成于煤层内的一种特殊地震波，槽波的频散特征直接反映了煤层的结构特点；其次，槽波的传播局限于煤槽内，携带了大量煤层内的地质构造信息；再者，在实际煤矿井下地震勘探采集到的地震信号中，槽波具有较强的能量且信噪比高。能够直接反映煤层的内部结构和地质构造，可以直接指导井下工作面的安全开采。

目前，在国内采用单一水平分量检波器固定在锚杆上来采集地震波信号，其施工方便、快速，可以满足高密度、大覆盖面积的观测系统要求，由于其采用单一水平分量检波器来采集井下槽波数据，造成不同检波器方向与槽波的最大振动极化方向存在不同夹角，因此，对数据处理解释造成一定干扰，使得最终的检测数据计算得到的结果存在误差。

发明内容

根据上述阐述，本发明的目的在于提供一种煤矿井下二分量槽波地震勘探方法，避免现有技术中单一检波器造成的不同检波器方向与槽波的最大振动极化方向存在的不同夹角，可以有效的反映出煤层中的某一主要的地质构造，如小断层、陷落柱、煤厚变化或者夹矸分布。

本发明提供如下的技术方案：

一种煤矿井下二分量槽波地震勘探方法，包括以下步骤：

A、数据采集：首先建立井下槽波探测观测系统，合理布设炮点、检波点位置，放炮并采集数据；

B、数据预处理：对采集数据进行数据格式转换，解编，定义观测系统，道编辑；

C、数据旋转分解：通过矢量分析的方法对x和y两分量记录进行旋转分解，旋转到沿煤层层面振动的槽波最大极化方向，得到沿射线传播方向的分量y′和垂直射线传播方向的分量x′；

D、在反射波法槽波探测中，直接对旋转后槽波最大振动极化方向上的x′分量Ax′(t)、进行频散分析、高斯带通滤波、几何扩散教正、包络计算、速度分析、叠加及偏移成像；

E、在透射波法槽波探测中，首先，对Ax′(t)分量进行滤波、真振幅恢复、包络计算、频散分析、某一主频的走时或艾利相振幅拾取；然后，进行振幅层析成像或走时层析成像，得到衰减系数及速度模型；

反射波法槽波勘探和透射波法槽波探测是两种不同的探测方式，实际中两种方式可以单独应用，也可以联合应用，对目标地质体进行综合解释分析。

F、综合地质解释：根据步骤C中反演得到的速度模型和衰减系数模型图，结合已有的地质资料，进行综合的地质解释。

上述技术方案中，所述步骤A中，在井下煤层的中心位置，沿与煤层平行的方向固定安置锚杆，在锚杆上连接二分量的检波器，接收x、y两个分量的原始记录，一个分量平行于煤层层面，垂直于煤壁记作y分量；另一个分量平行于煤层面，同时平行于煤壁，记作x分量。

本发明与现有技术相比，本发明通过将检波器连接到锚杆上，便于检波器的井下安置，大大减少了设备安置工序，提高了工作效率；另一方面，通过旋转二分量槽波地震记录，消除勒夫型槽波与检波器方向的夹角，主要得到波形特征明显的最大振动极化方向上的勒夫型槽波地震记录，由于仪器便于布置且轻便，因此，可满足高密度、高覆盖面积及完备的观测系统的要求，提高了后续的槽波数据处理和成像的精度。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为观测系统示意图；

图2为反射槽波数据处理流程图；

图3为透射槽波数据处理流程图；

图4为透射槽波单道记录频散分析谱图；

图5为透射槽波衰减系数层析成像及地质解释图。

具体实施方式

下面将结合本发明的附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

根据图1—图3所示，本发明公布实施例一种煤矿井下二分量槽波地震勘探方法，包括以下步骤：按照道间距15m，110道接收，炮间距15m的全排列接收观测系统，炮点移动时接收检波点位置不变，其他施工工序与常规地震相同。

A、数据采集：首先建立井下槽波探测观测系统，合理布设炮点、检波点位置；依据测量资料及采掘平面图，建立井下槽波探测观测系统，合理布设炮点、检波点位置，绘制施工布置图，放炮并采集数据。接收槽波时，在巷道侧帮煤层中心位置，沿与煤层平行的方向，钻取深度为2m的孔洞用来安置锚杆，在锚杆上连接二分量的检波器，检波器对接在锚杆上时用螺丝加以固定，道距一般采用5～10m；采集接收x、y两个分量的原始记录数据，分别记入不同的通道进行记录，其中一个分量平行于煤层层面，垂直于煤壁记作y分量；另一个分量平行于煤层面，同时平行于煤壁，记作x分量，最后，形成y分量的单炮记录和x分量的单炮记录，两套数据。

B、数据预处理：对采集数据进行数据格式转换，解编，定义观测系统，道编辑；

C、数据旋转分解：通过矢量分析的方法对x和y两分量记录进行旋转分解，旋转到沿煤层层面振动的槽波最大极化方向，得到沿射线传播方向的分量y′和垂直射线传播方向的分量x′；

二分量旋转的具体数学方法原理为：

a)根据图1所示，在野外采集过程中，首先在平行于煤层同时垂直于煤壁的方向上布设y分量检波器，然后在平行于煤层同时平行于煤壁的方向上布设x分量检波器，最终得到x，y分量上的两组振幅数据Ax(t)，Ay(t)；

b)重新定义坐标系统：以射线传播方向为y′分量，垂直射线传播方向为x′分量，射线传播方向和x分量方向之间的夹角为θ；

c)根据矢量分析的数学原理及三角函数的理论知识，分别将x，y分量上的振幅值Ax(t),Ay(t)分解到x′，y′方向上。

由此可得：

垂直射线传播方向上的x′分量Ax′(t)为：

Ax′(t)＝Ax(t)*sin(θ)+Ay(t)*cos(θ)；

沿射线传播方向上的y′分量Ay′(t)为：

Ay′(t)＝Ax(t)*cos(θ)+Ay(t)*sin(θ)；

D、在反射波法槽波探测中，直接利用旋转后槽波最大振动极化方向上的x′分量Ax′(t)数据进行处理，首先，进行振幅补偿以使得槽波艾利相能量得到增强，并进行滤波处理以去除干扰波；再者，进行包络计算、速度分析和动校正；最后，进行水平叠加或动态道集叠加以及克希霍夫偏移处理以得到叠加偏移地震剖面；

E、在透射波法槽波探测中，首先，对Ax′(t)分量进行滤波、真振幅恢复、包络计算、频散分析、某一主频的走时或艾利相振幅拾取；然后，进行振幅层析成像或走时层析成像，得到衰减系数及速度模型；

F：综合地质解释：根据步骤C中反演得到的速度模型和衰减系数模型图，结合已有的地质资料，进行综合的地质解释。

根据图4和图5所示，旋转后的透射槽波的频散曲线较为连续且清晰，且透射槽波层析成像后，其能量衰减异常对工作面内断层等地质构造反映明显，异常区形态与断层展布一致，吻合较好，精确反映整个工作面内的地质构造。

以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (3)

1.一种煤矿井下二分量槽波地震勘探方法，其特征在于：包括以下步骤：

A、数据采集：首先建立井下槽波探测观测系统，合理布设炮点、检波点位置，放炮并采集数据；

B、数据预处理：对采集数据进行数据格式转换，解编，定义观测系统，道编辑；

C、数据旋转分解：通过矢量分析的方法对x和y两分量记录进行旋转分解，旋转到沿煤层层面振动的槽波最大极化方向，得到沿射线传播方向的分量y′和垂直射线传播方向的分量x′；

D、在反射波法槽波探测中，直接对旋转后槽波最大振动极化方向上的x′分量Ax′(t)、进行频散分析、高斯带通滤波、几何扩散教正、包络计算、速度分析、叠加及偏移成像；

E、在透射波法槽波探测中，首先，对Ax′(t)分量进行滤波、真振幅恢复、包络计算、频散分析、某一主频的走时或艾利相振幅拾取；然后，进行振幅层析成像或走时层析成像，得到衰减系数及速度模型；

F、综合地质解释：根据步骤C中反演得到的速度模型和衰减系数模型图，结合已有的地质资料，进行综合的地质解释。

2.根据权利要求1所述一种煤矿井下二分量槽波地震勘探方法，其特征在于：所述步骤A中，在井下煤层的中心位置，沿与煤层平行的方向固定安置锚杆，在锚杆上连接二分量的检波器，接收x、y两个分量的原始记录，一个分量平行于煤层层面，垂直于煤壁记作y分量；另一个分量平行于煤层面，同时平行于煤壁，记作x分量。

3.根据权利要求1所述一种煤矿井下二分量槽波地震勘探方法，其特征在于：反射波法槽波勘探和透射波法槽波探测是两种不同的探测方式，两种方式可以选择单独应用或联合应用，对目标地质体进行综合解释分析。