CN105700010A - 煤矿联合地震全息预测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种煤矿联合地震全息预测方法，涉及勘探方法技术领域。所述方法包括如下步骤：采用地面三维地震勘探方法，预测可采煤层位置是否存在大的隐伏地质构造，如果存在大的隐伏地质构造，确定其具体位置及范围；采用井下槽波地震勘探方法，对可采工作面内通过三维地震勘探方法观察到的大的隐伏构造进行确认，并确定其具体位置、范围及应力集中区；将槽波地震勘探在煤层中探测到的P波、S波与三维地震勘探的P波相融合，对煤层的岩性、构造进行预测及反演。所述预测方法大大拓展了三维地震的低频信息、有效反演预测构造和岩性信息，提高了预测精度，可有效预防矿井地质灾害的发生，最终辅助实现无风险掘进，避免掘进事故发生。

Description

煤矿联合地震全息预测方法

技术领域

本发明涉及勘探方法技术领域，尤其涉及一种煤矿联合地震全息预测方法。

背景技术

采煤掘进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，在采掘过程中，如何准确掌握构造信息，提前预测巷道前方应力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，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和采后事故发生。

三维地震是将是将地震测网按照一定规律布置成方格状或环状的地震面积勘探方法，其应用目的是为了使地下目标的图像更加清晰、位置预测更加可靠。通过三维地震处理解释确定井下异常体的位置和形态，给予异常体定性和半定量预测。一般情况地震数据中没有包含的低频信息必须从测井数据中进行提取和模拟，才能有效提高地震分辨率，而往往测量工区没有测井数据或者距离工区较远，就会造成不必要的偏差，降低预测的精度，并且无法进行开发地震的研究。

井下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。在实际应用中只用槽波信息，忽视了采集到的P、S波信息的作用。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种煤矿联合地震全息预测方法，所述预测方法大大拓展了三维地震的低频信息、有效反演预测构造和岩性信息，提高了预测精度，可有效预防矿井地质灾害的发生，最终辅助实现无风险掘进，避免掘进事故发生。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种煤矿联合地震全息预测方法，其特征在于包括如下步骤：

1）采用地面三维地震勘探方法，预测可采煤层位置是否存在大的隐伏地质构造，如果存在大的隐伏地质构造，确定其具体位置及范围；

2）采用井下槽波地震勘探方法，对可采工作面内通过三维地震勘探方法观察到的大的隐伏构造进行确认，并确定其具体位置、范围及应力集中区；

3）将槽波地震勘探在煤层中探测到的P波、S波与三维地震勘探的P波相融合，对煤层的岩性、构造进行预测及反演。

进一步的技术方案在于：在可采采区进行三维地震勘探，使用震源车进行激发，接收站进行接收，检波器进行间隔布置。

进一步的技术方案在于：检波器布置间隔为道距10m，炮点距20m，线距20m，采样率0.5ms，记录长度为2s，最终形成5m*5m的CDP面元。

进一步的技术方案在于：三维地震勘探的数据处理阶段分为预处理、参数提取和分析、实质性资料处理；处理流程包括数据的解编、滤波、振幅恢复、地表一致性反褶积、速度分析、动校正、去噪、偏移，最终结果达到清晰的水平叠加时间剖面或叠加偏移时间剖面。

进一步的技术方案在于：槽波地震勘探中检波器的布置依据三维地震勘探的处理解释成果进行，对于巷道单独掘进进行反射法布置，工作面形成后进行透射法布置，或进行反射法、透射法联合布置。

进一步的技术方案在于：在所述槽波地震勘探中使用的检波器为双分量检波器。

进一步的技术方案在于：工作面形成后，在煤层中布置检波器，检波器之间间隔为10m～50m，对于探测的构造密集区域道间距为10m，最大不超过50m，以井下工业炸药为震源，炮点距为10m，最小偏移距大于5m，最大偏移距不大于1000m，反射法炮点布置在检波点同一顺槽，透射法布置在与检波点不同顺槽，多个检波器形成对掘进前方的监测网络，覆盖半径为迎头煤层中200m-300m空间范围，通过槽波探测煤层中大于1/2煤层厚的断层，并对煤层前方及周边的构造异常及应力异常区进行定位。

进一步的技术方案在于：槽波地震勘测中，反射法的处理解释流程为：数据的输入预处理、道编辑、频散分析、速度分析、延迟求和、克希霍夫偏移成像；透射法处理解释流程为数据的输入、观测系统、频率质量控制、预处理、道编辑、频散分析、属性分析及层析成像。

进一步的技术方案在于：所述的将槽波地震勘探在煤层中探测到的P波、S波与三维地震勘探的P波相融合的具体方法如下：将槽波中的P波作为三维地震的层速度进行计算，建立层状模型，进行模拟地震道，并用实际地震道进行正演-反演迭代，使误差减到最小，从而推导出最佳模型进行反演和预测。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：所述方法在传统的三维地震技术基础上，增加了井下槽波地震技术，将常规探测范围由井上区域探测扩展到井上井下工作面联合探测及采前监测，同时将槽波信息中的P、S波与三维地震的P波信息有效结合，从而达到井间解释更高的层次。由于该方法充分考虑到没有测井数据信息对三维地震预测的影响，实现了真正意义上地震成果联合，可以最大限度地填补三维地震带宽方面的影响，从而对有效提高三维地震深层次的反射成像质量，改善反演成果，提高地震的分辨率，提高了预测精度，可有效预防矿井地质灾害的发生，最终辅助实现无风险掘进，避免掘进事故发生。

附图说明

图1是本发明所述方法的流程图；

图2是本发明中三维地震勘探示意图；

图3是本发明中槽波地震勘探平面布置示意图；

图4是本发明中槽波地震勘探剖面示意图；

其中：1-1、检波器；1-2、接收站；1-3、震源车；1-4、连接导线；1-5、反射回路；1-6、煤层；1-7、断层；1-8、接收面元；

2-1、断层；2-2、反射回路；2-3、煤体；2-4、炮点；2-5、检波点；2-6、巷道；2-7、顶板；2-8、底板。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中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的一部分实施例，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做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。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

总体的，如图1所示，本发明公开了一种煤矿联合地震全息预测方法，包括如下步骤：

1）采用地面三维地震勘探方法，观察地下可采煤层位置是否存在大的隐伏地质构造，如果存在大的隐伏地质构造，确定其具体位置及范围；

2）采用井下槽波地震勘探方法，对可采工作面内通过三维地震勘探方法观察到的大的隐伏构造进行确认，并确定其具体位置、范围及应力集中区；

3）将槽波地震勘探在煤层中探测到的P波、S波与三维地震勘探的P波相融合，对煤层的岩性、构造进行预测及反演。

三维地震勘探获得地下信息量丰富，通过数据处理解释方法，地震波可对隐伏构造的发育位置、层位进行定位，探测距离大，抗干扰能力强，精度高；井下槽波在煤层中传播抗干扰能力强，探测距离远，探测范围大，通过人工震源方式及时预测前方煤层压力、小构造情况；通过槽波地震中的P、S波与三维地震的P波融合进行联合反演，大大拓展了三维地震的低频信息，有效反演预测构造和岩性信息，提高预测精度，预防矿井地质灾害的发生，最终辅助实现无风险掘进，有效避免掘进事故发生。

图2是本发明中三维地震勘探示意图，在采区进行三维地震勘探，使用震源车1-3进行激发，接收站1-2进行接收，其中检波器1-1布置间隔为道距10m，炮点距20m，线距20m，采样率0.5ms，记录长度为2s，最终形成5*5m的CDP（共深度采集点）（共深度点）面元.

地震处理阶段分为预处理、参数提取和分析、实质性资料处理。处理流程包括数据的解编、滤波、振幅恢复、地表一致性反褶积、速度分析、动校正、去噪、偏移，最终结果达到清晰的水平叠加时间剖面或叠加偏移时间剖面。

三维地震的解释研究通过采用多属性综合解释和反演技术对地质构造和地层、岩性的研究。

图3是本发明中槽波地震勘探平面布置示意图；图4是本发明中槽波地震勘探剖面示意图；槽波地震勘探布置要依据三维地震勘探的处理解释成果进行布置，布置方式分为多种，对于巷道单独掘进进行反射法布置，工作面形成后进行透射法布置，也可以进行反射、透射联合布置，其中井下槽波地震勘探采用双分量检波器，在煤层中部布置，检波器之间间隔为10m～50m，对于探测的构造密集区域道间距为10m，最大不超过50m，以井下工业炸药为震源，炮点距为10m，最小偏移距大于5m，最大偏移距不大于1000m，反射法炮点布置在检波器同一顺槽，透射法布置在与检波点不同顺槽，多个检波器形成对掘进前方的监测网络，通过放范围可以覆盖半径为迎头煤层中250米空间范围，通过槽波探测煤层中大于1/2煤厚的断层，并对煤层前方及周边的构造异常及应力异常区进行精确定位。

反射法可实现前方250m范围内的构造进行探测，透射法可实现对工作面700m范围内构造探测及应力监测。

槽波地震反射方法的处理解释流程为：数据的输入预处理、道编辑、频散分析、速度分析、延迟求和、克希霍夫偏移成像；透射方法处理解释流程为数据的输入、观测系统、频率质量控制、预处理、道编辑、频散分析、属性分析及层析成像。

有效利用槽波中宽频信息，将槽波信息中的P波、S波与三维地震勘探中的P波信息相融合，从而有效改善反演结果，精细调整工作面的设计，描述复杂构造特征，有效避免采掘过程中的事故发生。

地震信息融合的具体流程为：将槽波中的P波作为三维地震的层速度进行计算，建立层状模型，进行模拟地震道，并用实际地震道进行正演-反演迭代，使误差减到最小，从而推导出最佳模型进行反演和预测。

综上，所述方法在传统的三维地震技术基础上，增加了井下槽波地震技术，将常规探测范围由井上区域探测扩展到井上井下工作面联合探测及采前监测，同时将槽波信息中的P、S波与三维地震的P波信息有效结合，从而达到井间解释更高的层次。由于该方法充分考虑到没有测井数据信息对三维地震预测的影响，实现了真正意义上地震成果联合，可以最大限度地填补三维地震带宽方面的影响，从而对有效提高三维地震深层次的反射成像质量，改善反演成果，提高地震的分辨率，提高了预测精度，可有效预防矿井地质灾害的发生，最终辅助实现无风险掘进，避免掘进事故发生。

Claims (9)

1.一种煤矿联合地震全息预测方法，其特征在于包括如下步骤：

1）采用地面三维地震勘探方法，预测可采煤层位置是否存在大的隐伏地质构造，如果存在大的隐伏地质构造，确定其具体位置及范围；

2）采用井下槽波地震勘探方法，对可采工作面内通过三维地震勘探方法观察到的大的隐伏构造进行确认，并确定其具体位置、范围及应力集中区；

3）将槽波地震勘探在煤层中探测到的P波、S波与三维地震勘探的P波相融合，对煤层的岩性、构造进行预测及反演。

2.如权利要求1所述的煤矿联合地震全息预测方法，其特征在于：在可采采区进行三维地震勘探，使用震源车（1-3）进行激发，接收站（1-2）进行接收，检波器（1-1）进行间隔布置。

3.如权利要求2所述的煤矿联合地震全息预测方法，其特征在于：检波器布置间隔为道距10m，炮点距20m，线距20m，采样率0.5ms，记录长度为2s，最终形成5m*5m的CDP面元。

4.如权利要求1所述的煤矿联合地震全息预测方法，其特征在于：三维地震勘探的数据处理阶段分为预处理、参数提取和分析、实质性资料处理；处理流程包括数据的解编、滤波、振幅恢复、地表一致性反褶积、速度分析、动校正、去噪、偏移，最终结果达到清晰的水平叠加时间剖面或叠加偏移时间剖面。

5.如权利要求1所述的煤矿联合地震全息预测方法，其特征在于：槽波地震勘探中检波器的布置依据三维地震勘探的处理解释成果进行，对于巷道单独掘进进行反射法布置，工作面形成后进行透射法布置，或进行反射法、透射法联合布置。

6.如权利要求5所述的煤矿联合地震全息预测方法，其特征在于：在所述槽波地震勘探中使用的检波器为双分量检波器。

7.如权利要求5所述的煤矿联合地震全息预测方法，其特征在于：工作面形成后，在煤层中布置检波器，检波器之间间隔为10m～50m，对于探测的构造密集区域道间距为10m，最大不超过50m，以井下工业炸药为震源，炮点距为10m，最小偏移距大于5m，最大偏移距不大于1000m，反射法炮点布置在检波点同一顺槽，透射法布置在与检波点不同顺槽，多个检波器形成对掘进前方的监测网络，覆盖半径为迎头煤层中200m-300m空间范围，通过槽波探测煤层中大于1/2煤层厚的断层，并对煤层前方及周边的构造异常及应力异常区进行定位。

8.如权利要求7所述的煤矿联合地震全息预测方法，其特征在于：槽波地震勘测中，反射法的处理解释流程为：数据的输入预处理、道编辑、频散分析、速度分析、延迟求和、克希霍夫偏移成像；透射法处理解释流程为数据的输入、观测系统、频率质量控制、预处理、道编辑、频散分析、属性分析及层析成像。

9.如权利要求1所述的煤矿联合地震全息预测方法，其特征在于，所述的将槽波地震勘探在煤层中探测到的P波、S波与三维地震勘探的P波相融合的具体方法如下：将槽波中的P波作为三维地震的层速度进行计算，建立层状模型，进行模拟地震道，并用实际地震道进行正演-反演迭代，使误差减到最小，从而推导出最佳模型进行反演和预测。