CN107643542B - 基于井地联合的煤矿采空区三维弹性波层析探测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种探测方法，属于煤矿探测领域，具体涉及一种基于井地联合的煤矿采空区三维弹性波层析探测方法。在被探测煤层下部的下组煤中的巷道进行地震波的激发，在地面进行地震波的接收，对获取的直达波进行单差层析成像，从而获取下组煤和地面之间的三维速度空间分布。与现有地震类技术相比，本发明利用被探测煤层下部的下组煤中的巷道进行地震波的激发，而在地面进行地震波的接收的井地联合探测方案，有效拓展了直达波CT探测的透视角度，提高了直达波的射线覆盖范围，这样既利用了直达波的高信噪比特点，又获得了更大的CT探测范围，因而同时具有探测精度高、范围大的优点。

Description

基于井地联合的煤矿采空区三维弹性波层析探测方法

技术领域

本发明涉及一种探测方法，属于煤矿探测领域，具体涉及一种基于井地联合的煤矿采空区三维弹性波层析探测方法。

背景技术

煤矿采煤后所形成的采空区对应地面人类活动和煤矿安全开采，特别是下组煤的安全开采有很大的影响，因而对采空区的探测有很重要的意义。

当前对采空区的探测手段主要基于采空区与非采空区之间较大的物性差异，如根据电阻率差异采用的直流电法、瞬变电磁法；根据弹性波传播速度、吸收衰减系数等差异采用的人工地震类方法；根据介质密度差异采用的重力法；以及根据其它异常采用的声波、射气等综合物探类方法。

在人工类地震方法中，常用的有浅层反射地震法(如图1)、瑞雷波法和钻孔弹性波CT方法(如图2)，这些方法各有利弊，其中在浅层反射地震法中由于强面波的干扰使得反射波信噪比很低，同时由于地震波波长远大于煤厚，因而探测结果的可靠性不高；钻孔弹性波CT方法有效利用了地震中的直达波波场，相比于反射波直达波波场具有更好的效果。

发明内容

本发明所解决的技术问题是提供一种基于井地联合的煤矿采空区三维弹性波层析探测方法，首先从施工技术上解决现有地震类探测方法中存在的探测视角问题，使直达弹性波的射线覆盖范围更广，有利于提高探测范围；其次使用单差层析成像技术，实现三维速度层析反演，显著提高煤层内采空区空间位置的探测精度。

本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：

一种基于井地联合的煤矿采空区三维弹性波层析探测方法，在被探测煤层下部的下组煤中的巷道进行地震波的激发，在地面进行地震波的接收，对获取的直达波进行单差层析成像，从而获取下组煤和地面之间的三维速度空间分布。

优选的，上述的一种基于井地联合的煤矿采空区三维弹性波层析探测方法，地震波的接收包括以下步骤：

区域选择步骤，用于根据探测区域选定地面地震信号探测区域和被探测煤层的下一组煤可用巷道；

震源安装步骤，在选定的地面探测区域布设若干个地震信号采集装置，而在下组煤选定巷道内侧帮钻设置多个炮孔，并装填炸药后用炮泥封堵；

震源激发步骤，开启地面接收装置，然后依次激发布设好的震源，完成数据采集。

优选的，上述的一种基于井地联合的煤矿采空区三维弹性波层析探测方法，地震波的处理包括以下步骤,

数据转换步骤，用于将导出的数据解编成标准SGY格式的地震数据；

数据预处理步骤，进行观测系统设置、带通滤波等地震数据预处理，拾取直达波波至时间；

层析成像步骤，对预处理后的数据进行单差层析成像，获取下组煤和地面之间的三维速度空间分布；

切片抽取步骤，从反演得到的三维速度体中抽取采空区所在煤层深度的速度切片；

采空判定步骤，对低速区域进行解释，判定是否为可疑采空区，并画出采空区边界。

优选的，上述的一种基于井地联合的煤矿采空区三维弹性波层析探测方法，具体为：

(1)根据探测区域选定地面地震信号探测区域和被探测煤层的下一组煤可用巷道；

(2)在选定的地面探测区域均匀分布若干个检波器；

(3)在下组煤选定巷道内等间隔布设若干个炮孔，炮孔深度2米，药量200g，正向装药后使用炮泥封堵炮孔；

(4)开启地面接收装置，然后依次激发布设好的震源，完成数据采集；

(5)将数据从采集装置导出并解编为标准SGY数据；

(6)对SGY数据进行观测系统编辑和设置；

(7)对SGY数据进行预处理，并进行直达波频谱扫描，确定直达波的优势频带后进行带通滤波以提高直达波的信噪比；

(8)人工拾取直达波波至时间，以起跳时间为准，对于信噪比很差的记录的波至时间进行标记使其不参与后续的CT反演；

(9)利用单差层析成像技术对拾取的直达波波至时间进行CT反演，获取下组煤和地面之间的三维速度空间分布；

(10)从反演得到的三维速度体中提取采空区所在煤层深度的速度切片，并在速度切片上判断低速区域是否为可能存在的采空区，若是还需画出采空区的边界。

因此，与现有地震类技术相比，本发明利用被探测煤层下部的下组煤中的巷道进行地震波的激发，而在地面进行地震波的接收的井地联合探测方案，与井中激发相比，有效拓宽了直达波CT探测的透视角度，提高了直达波的射线覆盖范围，这样既利用了直达波的高信噪比特点，又获得了更大的CT探测范围，因而同时具有探测精度高、范围大的优点。

附图说明

图1为传统浅层反射法探测示意图；

图2为传统钻孔弹性波CT方法探测示意图；

图3为基于井地联合的三维弹性波CT探测方法示意图；

图4为采集的一共炮点记录和拾取的直达波波至时间；

图5为单差CT反演的三维速度体显示图；

图6为抽取的被探测煤层深度的速度切片与实际采空区对比。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。

实施例：

实施例的基于井地联合的煤矿采空区三维弹性波层析探测方法包括以下步骤：

(1)、根据探测区域选定地面地震信号探测区域和被探测煤层的下一组煤可用巷道；

(2)、在选定的地面探测区域均匀分布若干个检波器(检波器数量尽可能多，空间分布尽可能均匀)；

(3)、在下组煤选定巷道内等间隔布设若干个炮孔，炮孔深度2米，药量200g(视煤层埋深可适当调整)，正向装药后使用炮泥封堵炮孔；

(4)、开启地面接收装置，然后依次激发布设好的震源，完成数据采集；

(5)、将数据从采集装置导出并解编为标准SGY数据；

(6)、对SGY数据进行观测系统编辑和设置；

(7)、对SGY数据进行预处理，并进行直达波频谱扫描，确定直达波的优势频带后进行带通滤波以提高直达波的信噪比；

(8)、人工拾取直达波波至时间(以起跳时间为准，对于信噪比很差的记录的波至时间进行标记使其不参与后续的CT反演，如图4)；

(9)、利用单差层析成像技术对拾取的直达波波至时间进行CT反演，获取下组煤和地面之间的三维速度空间分布(如图5)；

(10)、从反演得到的三维速度体中提取采空区所在煤层深度的速度切片(如图6)，并在速度切片上判断低速区域是否为可能存在的采空区，若是还需画出采空区的边界，判断时以速度变化最剧烈处，也即最大梯度作为界。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明精神作举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (1)

1.一种基于井地联合的煤矿采空区三维弹性波层析探测方法，其特征在于，在被探测煤层下部的下组煤中的巷道进行地震波的激发，在地面进行地震波的接收，对获取的直达波进行单差层析成像，从而获取下组煤和地面之间的三维速度空间分布；

其中，地震波的接收包括以下步骤：

区域选择步骤，用于根据探测区域选定地面地震信号探测区域和被探测煤层的下组煤可用巷道；

震源安装步骤，在选定的地面探测区域布设若干个地震信号采集装置，而在下组煤选定巷道内侧帮钻设置多个炮孔，并装填炸药后用炮泥封堵；

震源激发步骤，开启地面接收装置，然后依次激发布设好的震源，完成数据采集，

其中，地震波的处理包括以下步骤,

数据转换步骤，用于将导出的数据解编成标准SGY格式的地震数据；

数据预处理步骤，进行观测系统设置、带通滤波地震数据预处理，拾取直达波波至时间；

层析成像步骤，对预处理后的数据进行单差层析成像，获取下组煤和地面之间的三维速度空间分布；

切片抽取步骤，从反演得到的三维速度体中抽取采空区所在煤层深度的速度切片；

采空判定步骤，对低速区域进行解释，判定是否为可疑采空区，并画出采空区边界；

具体为：

(1)根据探测区域选定地面地震信号探测区域和被探测煤层的下组煤可用巷道；

(2)在选定的地面探测区域均匀分布若干个检波器；

(3)在下组煤选定巷道内等间隔布设若干个炮孔，炮孔深度2米，药量200g，正向装药后使用炮泥封堵炮孔；

(4)开启地面接收装置，然后依次激发布设好的震源，完成数据采集；

(5)将数据从采集装置导出并解编为标准SGY数据；

(6)对SGY数据进行观测系统编辑和设置；

(7)对SGY数据进行预处理，并进行直达波频谱扫描，确定直达波的优势频带后进行带通滤波以提高直达波的信噪比；

(8)人工拾取直达波波至时间，以起跳时间为准，对于信噪比很差的记录的波至时间进行标记使其不参与后续的CT反演；

(9)利用单差层析成像技术对拾取的直达波波至时间进行CT反演，获取下组煤和地面之间的三维速度空间分布；

(10)从反演得到的三维速度体中提取采空区所在煤层深度的速度切片，并在速度切片上判断低速区域是否为可能存在的采空区，若是还需画出采空区的边界。