CN109765606B - 一种基于反射槽波的回采工作面隐蔽断层性质的探测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于反射槽波的回采工作面隐蔽断层性质的探测方法，采用在两侧巷道内分别设置多个检波器和多个激发钻孔相结合的方式，通过依次间隔激发每侧巷道内的各个钻孔作为多次地震震源，多个检波器分别接收多次反射槽波，地震主机根据多次接收的反射槽波信号及各个激发钻孔与检波器之间的位置关系，得出内部断层面两盘的位置关系，三维建模及网格化剖分处理后最终得出断层面两盘在水平和垂直方向上的位移量，并显示在三维模型上；本发明无需额外增设探巷，通过检测反射槽波即能准确的对断层两盘之间相对位移进行测量，从而对工作面内部隐伏断层进行透明化显示。

Description

一种基于反射槽波的回采工作面隐蔽断层性质的探测方法

技术领域

本发明涉及一种回采工作面隐蔽断层性质的探测方法，具体是一种基于反射槽波的回采工作面隐蔽断层性质的探测方法。

背景技术

由于我国“富煤、少气、贫油”的国情特点，所以煤炭将在我国能源生产与消费中占据主导地位并且很长一段时间不会改变。随着煤矿井下安全开采与智能化开采的推进，回采工作面内的构造，尤其是断层对工作面的智能化、安全回采产生巨大的影响。工作面内肉眼可见的断层能直接通过地质手段进行详细描述，但是当工作面内部存在断层未经查明时，采煤机在回采时直接经过此类断层两盘间的坚硬岩石地带时，会使得采煤机的截齿磨损、截割扭矩轴断裂甚至整个采煤机剧烈震动，这给工作面的安全、高效和智能化开采带来巨大麻烦。

工作面内隐伏断层的探测主要是通过矿井地球物理勘探(即透射槽波CT技术、无线电波坑透技术等)探测异常区域，结合钻探打孔验证的方案进行探测。但是以往的手段只能根据仪器探测数据反演的情况圈定工作面内异常(即隐伏断层)可能存在的位置，并不能准确地判断断层的落差及断层两盘之间的间距。这一缺陷使得勘探人员为了查明断层性质及两盘之间的具体关系需要额外的布置探巷或探孔，通过钻孔取芯或者探巷观察岩石宽度来确定断层充填厚度，增加工作量并影响生产进度。因此，在对煤矿工作面进行地球物理勘探的同时，准确的对断层两盘之间相对位移(即垂直短距与水平断距)进行测量，从而对工作面内部隐伏断层进行透明化显示，成为当下矿井物探精细探查、准确探查以及透明化三维地质模型建立的研究方向。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种基于反射槽波的回采工作面隐蔽断层性质的探测方法，无需额外增设探巷，通过检测反射槽波即能准确的对断层两盘之间相对位移进行测量，从而对工作面内部隐伏断层进行透明化显示。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于反射槽波的回采工作面隐蔽断层性质的探测方法，具体探测步骤为：

A、在工作面两侧巷道内帮的腰线上沿巷道方向分别布设多个检波器，且每个腰线上相邻检波器之间的间距为10m，并使各个检波器的Y分量平行于巷道方向用于接收反射槽波，然后将两条巷道上的各个检波器均通过数据线连接到地震主机上，组成地震信号观测系统；

B、在每个腰线上相邻检波器之间的中点位置均打设一钻孔(钻孔深度约2m)，每个钻孔均填充炸药作为地震震源；

C、开启地震主机后，每侧巷道内的各个钻孔沿巷道方向依次激发钻孔内的炸药，且各个钻孔之间的激发间隔为20分钟，同时该巷道内的各个检波器接收每个钻孔炸药激发后的反射槽波信号，各个检波器将接收的反射槽波数据传递到地震主机进行记录，最终地震主机完成两侧巷道内的地震数据记录；

D、地震主机将记录的地震数据采用联合反演方法进行处理，分析得出工作面内的断层性质以及断层面两盘的几何要素，从而确定工作面内的断层情况；

E、将得到的工作面内断层情况进行成图显示。

进一步，所述步骤D中具体断层反演方法如下：

a、根据两侧巷道的走向、进尺以及地形起伏情况建立包含回采工作面的三维地质模型；

b、根据各个钻孔位置和各个检波器位置在每侧巷道内的相互位置关系，在三维地质模型上进行投点，并且在三维地质模型上选定三维地质体坐标系的原点；

c、选取3m作为网格间距，将投点后的三维地质模型进行三维网格化剖分；

d、对其中一侧巷道内各个检波器接收到的Y分量的地震数据进行分析，针对槽波能量最大值(即埃里相位)进行到时拾取，根据槽波数据同相轴的发育情况以及反射槽波到时确定每个激发钻孔对应工作面内部断层面一盘所在位置，结合各个激发钻孔的多个地震数据，进行联合反演，得到该巷道所对应的断层面一盘所在位置，然后将其投影到三维地质模型上；对另一侧巷道重复步骤d得出该巷道所对应的断层面另一盘所在位置，并将其投影到三维地质模型上；

e、将两侧巷道对应的两盘断层面位置三维网格化完成后，依次确定断层走向、断层面几何要素，断层面几何要素包括水平位移和垂直断距，最终根据断层面几何要素确定断层性质。

进一步，所述步骤e的具体过程为：

i、根据一侧巷道中每个钻孔对应断层面一盘所在工作面内深度及高度，进而确定每个钻孔作为地震震源发出的地震波在断层面一盘上的各个反射点，然后结合得出的该侧巷道所有反射点信息，即得出一侧巷道的断层面一盘走向信息，然后对另一侧巷道重复步骤i得出另一侧巷道的断层面另一盘走向信息；

ii、根据每侧巷道得到的各自断层盘信息，在地质体内选定同一X位置，得到关于工作面的YOZ切片，由此选定断层面两盘对应X位置的两个点位，选取靠近三维地质模型原点一侧的断层盘作为本盘，另一侧的断层盘为对盘，取对盘在YOZ面上对应的点位与靠近原点一侧的本盘上点位做差值，得到对应的dY、dZ，从而确定断层面两盘在水平和垂直方向上的位移量；

iii、根据步骤ii中所确定的dY、dZ信息，并根据断层形成机理得出(具体断层形成机理为正断层一般为拉张型断层，断层面两盘向两侧背向移动，在竖直方向有落差的基础上，具有正值的水平位移；逆断层一般为剪切断层，断层两盘想向移动，在竖直方向有落差的基础上，具有负值的水平位移)，若dY>0且dZ≠0时，确定断层面为正断层；若dY<0且dZ≠0时，确定断层面为逆断层。

与现有技术相比，本发明采用在两侧巷道内分别设置多个检波器和多个激发钻孔相结合的方式，通过依次激发各个钻孔作为多次地震震源，多个检波器接收反射槽波，地震主机根据多次接收的反射槽波信号及各个激发钻孔与检波器之间的位置关系，得出内部断层面两盘的位置关系，三维建模及网格化剖分处理后最终得出断层面两盘在水平和垂直方向上的位移量，并显示在三维模型上；因此本发明无需额外增设探巷，通过检测反射槽波即能准确的对断层两盘之间相对位移进行测量，从而对工作面内部隐伏断层进行透明化显示。

附图说明

图1是本发明中探测装置布置示意图；

图2是是图1中煤层平剖视角反射槽波定位断层及确定走向示意图；

图3是本发明中YOZ面内断层面两盘相对位移关系计算示意图；

图4是本发明中反射槽波数据拾取埃里相示意图。

具体实施方式

下面将对本发明做进一步说明。

如图所示，本发明的具体探测步骤为：

A、在工作面两侧巷道内帮的腰线上沿巷道方向分别布设多个检波器，且每个腰线上相邻检波器之间的间距为10m，并使各个检波器的Y分量平行于巷道方向用于接收反射槽波，然后将两条巷道上的各个检波器均通过数据线连接到地震主机上，组成地震信号观测系统；

B、在每个腰线上相邻检波器之间的中点位置均打设一钻孔(钻孔深度约2m)，每个钻孔均填充炸药作为地震震源；

C、开启地震主机后，每侧巷道内的各个钻孔沿巷道方向依次激发钻孔内的炸药，且各个钻孔之间的激发间隔为20分钟，同时该巷道内的各个检波器接收每个钻孔炸药激发后的反射槽波信号，各个检波器将接收的反射槽波数据传递到地震主机进行记录，最终地震主机完成两侧巷道内的地震数据记录；

D、地震主机将记录的地震数据采用联合反演方法进行处理，分析得出工作面内的断层性质以及断层面两盘的几何要素，从而确定工作面内的断层情况；

E、将得到的工作面内断层情况进行成图显示。

进一步，所述步骤D中具体断层反演方法如下：

a、根据两侧巷道的走向、进尺以及地形起伏情况建立包含回采工作面的三维地质模型；

b、根据各个钻孔位置和各个检波器位置在每侧巷道内的相互位置关系，在三维地质模型上进行投点，并且在三维地质模型上选定三维地质体坐标系的原点；

c、选取3m作为网格间距，将投点后的三维地质模型进行三维网格化剖分；

d、对其中一侧巷道内各个检波器接收到的Y分量的地震数据进行分析，针对槽波能量最大值(即埃里相位)进行到时拾取，根据槽波数据同相轴的发育情况以及反射槽波到时确定每个激发钻孔对应工作面内部断层面一盘所在位置，结合各个激发钻孔的多个地震数据，进行联合反演，得到该巷道所对应的断层面一盘所在位置，然后将其投影到三维地质模型上；对另一侧巷道重复步骤d得出该巷道所对应的断层面另一盘所在位置，并将其投影到三维地质模型上；

e、将两侧巷道对应的两盘断层面位置三维网格化完成后，依次确定断层走向、断层面几何要素，断层面几何要素包括水平位移和垂直断距，最终根据断层面几何要素确定断层性质。

进一步，所述步骤e的具体过程为：

i、根据一侧巷道中每个钻孔对应断层面一盘所在工作面内深度及高度，进而确定每个钻孔作为地震震源发出的地震波在断层面一盘上的各个反射点，然后结合得出的该侧巷道所有反射点信息，即得出一侧巷道的断层面一盘走向信息，然后对另一侧巷道重复步骤i得出另一侧巷道的断层面另一盘走向信息；

ii、根据每侧巷道得到的各自断层盘信息，在地质体内选定同一X位置，得到关于工作面的YOZ切片，由此选定断层面两盘对应X位置的两个点位，选取靠近三维地质模型原点一侧的断层盘作为本盘，另一侧的断层盘为对盘，取对盘在YOZ面上对应的点位与靠近原点一侧的本盘上点位做差值，得到对应的dY、dZ，从而确定断层面两盘在水平和垂直方向上的位移量；

iii、根据步骤ii中所确定的dY、dZ信息，并根据断层形成机理得出(具体断层形成机理为正断层一般为拉张型断层，断层面两盘向两侧背向移动，在竖直方向有落差的基础上，具有正值的水平位移；逆断层一般为剪切断层，断层两盘想向移动，在竖直方向有落差的基础上，具有负值的水平位移)，若dY>0且dZ≠0时，确定断层面为正断层；若dY<0且dZ≠0时，确定断层面为逆断层。

Claims (1)

1.一种基于反射槽波的回采工作面隐蔽断层性质的探测方法，其特征在于，具体探测步骤为：

A、在工作面两侧巷道内帮的腰线上沿巷道方向分别布设多个检波器，且每个腰线上相邻检波器之间的间距为10m，并使各个检波器的Y分量平行于巷道方向用于接收反射槽波，然后将两条巷道上的各个检波器均通过数据线连接到地震主机上，组成地震信号观测系统；

B、在每个腰线上相邻检波器之间的中点位置均打设一钻孔，每个钻孔均填充炸药作为地震震源；

C、开启地震主机后，每侧巷道内的各个钻孔沿巷道方向依次激发钻孔内的炸药，且各个钻孔之间的激发间隔为20分钟，同时该巷道内的各个检波器接收每个钻孔炸药激发后的反射槽波信号，各个检波器将接收的反射槽波数据传递到地震主机进行记录，最终地震主机完成两侧巷道内的地震数据记录；

D、地震主机将记录的地震数据采用联合反演方法进行处理，分析得出工作面内的断层性质以及断层面两盘的几何要素，从而确定工作面内的断层情况；具体过程为：a、根据两侧巷道的走向、进尺以及地形起伏情况建立包含回采工作面的三维地质模型；

b、根据各个钻孔位置和各个检波器位置在每侧巷道内的相互位置关系，在三维地质模型上进行投点，并且在三维地质模型上选定三维地质体坐标系的原点；

c、选取3m作为网格间距，将投点后的三维地质模型进行三维网格化剖分；

d、对其中一侧巷道内各个检波器接收到的Y分量的地震数据进行分析，针对槽波能量最大值进行到时拾取，根据槽波数据同相轴的发育情况以及反射槽波到时确定每个激发钻孔对应工作面内部断层面一盘所在位置，结合各个激发钻孔的多个地震数据，进行联合反演，得到该巷道所对应的断层面一盘所在位置，然后将其投影到三维地质模型上；对另一侧巷道重复步骤d得出该巷道所对应的断层面另一盘所在位置，并将其投影到三维地质模型上；

e、将两侧巷道对应的两盘断层面位置三维网格化完成后，依次确定断层走向、断层面几何要素，断层面几何要素包括水平位移和垂直断距，最终根据断层面几何要素确定断层性质；

E、将得到的工作面内断层情况进行成图显示，具体过程为：

i、根据一侧巷道中每个钻孔对应断层面一盘所在工作面内深度及高度，进而确定每个钻孔作为地震震源发出的地震波在断层面一盘上的各个反射点，然后结合得出的该侧巷道所有反射点信息，即得出一侧巷道的断层面一盘走向信息，然后对另一侧巷道重复步骤i得出另一侧巷道的断层面另一盘走向信息；

ii、根据每侧巷道得到的各自断层盘信息，在地质体内选定同一X位置，得到关于工作面的YOZ切片，由此选定断层面两盘对应X位置的两个点位，选取靠近三维地质模型原点一侧的断层盘作为本盘，另一侧的断层盘为对盘，取对盘在YOZ面上对应的点位与靠近原点一侧的本盘上点位做差值，得到对应的Y轴方向的差值dY和Z轴方向的差值dZ，从而确定断层面两盘在水平和垂直方向上的位移量；

iii、根据步骤ii中所确定的dY、dZ信息，并根据断层形成机理得出，若dY>0且dZ≠0时，确定断层面为正断层；若dY<0且dZ≠0时，确定断层面为逆断层。

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