CN113107599A - 采煤工作面内隐伏构造透射槽波相邻道振幅比成像方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种采煤工作面内隐伏构造透射槽波相邻道振幅比成像方法，包括如下步骤，将采煤工作面分成N个网格，每个网格的构造衰减系数为

(

)；计算每条射线路径在每个网格上的传播长度

；用改进S变换离散算法提取共炮点相邻道透射槽波振幅

和

计算

由

和

求解

的线性方程组，用代数重建方法、联合代数重建法或联合迭代重建法求解方程组得到

；用

对采煤工作面进行构造衰减系数成像，根据

异常确定采煤工作面内构造分布。

Description

采煤工作面内隐伏构造透射槽波相邻道振幅比成像方法

技术领域

本发明涉及煤矿开采技术领域，具体涉及一种采煤工作面内隐伏构造透射槽波衰减成像方法。

背景技术

在煤矿开采过程中，由于煤层地质条件复杂，煤层内部发育大量尺度近似煤层厚度的小规模地质构造如断层、陷落柱等，传统的地面探测方法分辨率不足，不能精确识别煤层内的小构造异常。采煤工作面内隐伏的未知小规模构造异常成为致灾隐患，严重影响采煤作业。透射槽波衰减成像是探测采煤工作面内隐伏构造的有效方法，具有探测距离大、构造成像精度高等优势。

当前应用透射槽波资料进行采煤工作面内隐伏构造衰减成像均采用常规振幅衰减成像方法。

设煤层的总衰减系数为α，槽波在煤层中传播，接收点接收到的槽波振幅A与槽波激发的初始振幅A₀和传播距离L之间的关系如下：

A＝A₀exp(-αL)

则

对上式两边取自然对数得，

基于以上理论，目前透射槽波采煤工作面内隐伏构造常规振幅衰减成像方法的技术方案如下：

1).采用如图1所示的观测系统，在采煤工作面一侧巷道煤层内布置M个炮点激发槽波，在对面巷道煤层内布置P个接收点接收每一个炮点激发的共M个共炮点槽波数据。

2).将需要构造成像的采煤工作面范围进行网格划分，划分成N个小网格，如图1所示。令每个小网格的衰减系数为α_n，1≤n≤N且n为整数。图1所示的观测系统共形成M×P条射线路径。令每一条射线路径L_i,j在成像范围内每一个小网格上传播的长度为

1≤i≤M且i为整数，1≤j≤P且j为整数。

3).在槽波数据中提取沿每条射线路径L_i,j传播被检波器接收到的透射槽波振幅值。设第i个炮点激发的槽波初值振幅为A_i。第j个检波器接收到的第i个炮点激发沿传播路径L_i,j传播的透射槽波振幅为A_i,j(i＝1，2，…，M；j＝1，2，…，P)。

令

列出线性方程：

4).M×P条射线路径，由b_i,j和

可以构造M×P个线性方程组成的方程组，即：

5).应用代数重建方法、联合代数重建法或联合迭代重建法对上面方程组进行求解，得到采煤工作面成像范围内N个网格衰减系数α_n(n＝1，2，…，N)。

6).用α_n(n＝1，2，…，N)对采煤工作面成像范围进行衰减系数成像，根据α_n异常确定采煤工作面内构造分布。

常规振幅衰减成像方法必须已知初始振幅A₀，并且要求所有震源激发的透射槽波初始振幅必须保持一致。但是，由于槽波是典型的频散波，其振幅沿射线路径并不是纯衰减过程，在距离震源的一定距离内存在槽波的合成过程，在此过程中随着传播距离增大槽波振幅逐渐增大，因此透射槽波衰减规律不同于非频散或弱频散的体波衰减规律。理论上可以在炮点附近布置检波器来记录震源的初始振幅，但是在现场实际槽波探测中，增加炮点初始振幅检波器会增加施工工作量和风险，由于受煤层厚度和震源主频的影响槽波最大振幅位置与震源之间的距离不固定，难以确定记录最大初始槽波振幅的记录位置。并且由于距离炮点过近初始振幅过大往往超出检波器最大振幅量程，从而难以精确记录每个震源的初始振幅。同时由于各炮点激发药量、炮孔深度和炮泥封孔效果难以保持一致使得各震源激发的槽波初始振幅难以保持一致。并且常规振幅衰减成像方法求得衰减系数中难以消除煤层吸收衰减、波前扩散衰减、频散衰减和槽波向顶底板漏能衰减等非构造因素造成的振幅衰减对构造成像的影响。以上不利条件严重影响了常规振幅衰减成像方法在透射槽波衰减采煤工作面内隐伏构造成像中的应用效果。

上述透射槽波常规振幅衰减采煤工作面内隐伏构造成像方法存在以下不足：

1、由于强烈的频散特性，槽波振幅沿射线路径并不是纯衰减过程，在距离震源的一定距离内槽波振幅随传播距离不但不衰减反而增大，透射槽波衰减规律不同于非频散或弱频散的体波衰减规律，常规振幅衰减成像方法不适用于频散波振幅衰减成像；

2、常规振幅衰减成像方法需要精确求取震源激发的透射槽波初始振幅，而现场槽波探测中槽波初始振幅精确记录不可实现；

3、常规振幅衰减成像要求所有炮点激发的槽波初始振幅保持一致，但是现场探测时由于各炮点激发药量、炮孔深度和炮泥封孔效果不能保持一致使得各震源激发的槽波初始振幅难以保持一致；

4、常规振幅衰减成像方法求不能消除煤层吸收衰减、波前扩散衰减、频散衰减、槽波向顶底板漏能衰减等与构造无关的因素造成的振幅衰减对构造成像的影响。

同时，也有相关文献被公开，如蔺国华，透射槽波方法在中厚煤层隐伏小断层探测中的应用[J]，中国煤炭地质，2018，30(1)：113-117；王季，李建政，吴海，等，透射槽波能量衰减系数成像与陷落柱探测[J].煤炭科学技术，2015，43(1)：108-111；段天柱，透射槽波层析成像在煤矿工作面隐伏构造探测中的应用[J].矿业安全与环保，2018，45(2):68-71等，以上文献均采用常规振幅衰减成像方法进行采煤工作面内隐伏构造成像。其成像过程中，初始振幅采用没有误差约束的估计方法得到；没有对不同炮点激发的槽波能量不同进行精确校正；没有采用相应的措施消除煤层吸收衰减、波前扩散衰减、频散衰减、槽波向顶底板漏能衰减等与构造无关的因素造成的振幅衰减的影响，因此难以保证成像精度。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种相邻地震道振幅比值构造衰减采煤工作面内隐伏构造透射槽波成像方法。

透射槽波在煤层中传播，造成其振幅衰减的主要因素有：煤层吸收衰减、波前扩散衰减、频散衰减、构造衰减和漏能衰减；因此，透射槽波振幅衰减是以上所有因素共同作用的总效应。设总衰减系数为α，则α可以等效为煤层吸收衰减系数α_α、波前扩散衰减系数α_g、频散衰减系数α_d、构造衰减系数α_s和漏能衰减系数α_l之和，即：

α＝α_α+α_g+α_d+α_s+α_l

应用煤层对槽波的总衰减系数进行构造成像受到非构造衰减系数的影响较大。在非构造衰减系数相对于构造衰减系数较大的情况下，常规振幅衰减成像方法的技术方案难以对采煤工作面内隐伏构造进行精确成像。

透射槽波振幅A、槽波初始振幅A₀和传播距离L与各吸收系数的关系表达式为：

A＝A₀exp(-(α_α+α_g+α_d+α_l+α_s)L)，

透射槽波探测在煤层内激发槽波，并在同一煤层内接收透射槽波，透射槽波仅在煤层内顺层传播。在煤层较均匀或非均质变化较弱的条件下，煤层吸收衰减系数α_α、波前扩散衰减系数α_g、频散衰减系数α_d和漏能衰减系数α_l在局部范围内变化不大各自近似相等，它们造成的透射槽波振幅衰减与射线传播距离L长度有关，随着射线传播距离L长度增大振幅衰减的越多。而构造衰减系数α_s决定于射线是否穿过构造。

沿采煤工作面一侧煤层均匀密集布置炮点，在对侧均匀密集布置检波器如图1所示。设第i炮激发槽波的初始振幅为A_i，透射槽波沿煤层传播被相邻的第j-1，j两个接收点接收，两条相邻射线传播路径长度分别为L_i,j-1，L_i,j。透射槽波沿两条射线路径传播的总衰减系数分别为α_i,j-1和α_i,j。j-1和j接收点接收到的透射槽波振幅分别为A_i,j-1，A_i,j。

则

α_i,j-1＝α_αi,j-1+α_gi,j-1+α_di,j-1+α_li,j-1+α_si,j-1

其中α_αi,j-1、α_gi,j-1、α_di,j-1、α_li,j-1、α_si,j-1分比为透射槽波沿L_i,j-1射线路径传播的煤层吸收衰减系数、波前扩散衰减系数、频散衰减系数、漏能衰减系数和构造衰减系数。

α_i,j＝α_αi,j+α_gi,j+α_di,j+α_li,j+α_si,j

其中α_αi,j、α_gi,j、α_di,j、α_li,j、α_si,j分别为透射槽波沿L_i,j射线路径传播的煤层吸收衰减系数、波前扩散衰减系数、频散衰减系数、漏能衰减系数和构造衰减系数。

则可以得到透射槽波沿两条射线路径L_i,j和L_i,j-1传播的振幅A_i,j-1和A_i,j与初始振幅A_i和各自路径衰减系数的关系如下。

A_i,j-1＝A_iexp(-(α_αi,j-1+α_gi,j-1+α_di,j-1+α_li,j-1)L_i,j-1-α_si,j-1L_i,j-1)

A_i,j＝A_iexp(-(α_αi,j+α_gi,j+α_di,j+α_li,j)L_i,j-α_si,jL_i,j)

为了保证对采煤工作面内的构造进行精确探测，要求炮点和检波点间距小于要求探测构造最小尺寸的一半。为了保证相邻检波点距离相对于其射线路径长度足够小要求检波点间距小于最小炮检距的十分之一。在以上条件下两条相邻的共炮点射线路径近似重合长度近似相等，在微小的局部范围内除构造衰减系数外，其它衰减系数近似相等。而每条射线路径受是否穿过构造位置影响，其构造衰减系数差异较大。

令上面两式相比，

由以上分析可知，在煤层较均匀或非均质变化较弱的条件下，并且检波器均匀密集布置，相邻检波点距离相对于其射线路径长度足够小。透射槽波相邻地震道振幅比值主要与构造衰减系数有关，受非构造衰减因素影响较小。由此提出一种不需要求取槽波初始振幅、不需要各震源激发的槽波初始振幅保持一致，可以有效克服非构造衰减因影响的采煤工作面内隐伏构造成像方法。

采煤工作面内隐伏构造透射槽波相邻道振幅比成像方法，步骤如下：

S1.采用如图1所示的观测系统，在采煤工作面一侧巷道煤层内均匀布置M个炮点激发槽波，在对面巷道煤层内均匀布置P个接收器，每个接收器均接收每一个炮点激发的共M个共炮点透射槽波数据，共形成M×P条射线路径，M和P均为正整数，炮点和检波器之间最小距离为L，需要探测的隐伏构造在平行工作面的平面内最小尺寸要求为D，炮点间距离D_S，要求

接收器间距为D_R，要求

同时要求

S2.将需要构造成像的采煤工作面范围进行网格划分，划分成N个边长相等的正方形小网格，N为正整数，正方形网格边长为Lg，为了保证构造成像精度要求

令每个小网格的构造衰减系数为

1≤n≤N且n为整数；令每一条射线路径L_i,j在成像范围内每一个小网格上传播的长度为

其中1≤i≤M且i为整数，1≤j≤P且j为整数；

S3.采用改进的S变换离散化算法提取槽波数据中沿每一条长度为L_i,j的射线路径传播被检波器接收到的透射槽波振幅值A_i,j，具体步骤如下：第i炮激发沿长度为L_i,j的射线路径传播被第j个检波器接收的地震记录信号为x_i,j(t)，其中t为时间采样点，0≤t≤T-1且t为整数，T为2的非负整数次幂；采用下面公式进行改进的S变换，变换为时间-频率域信号S_i,j[t,f]，其中f为频率采样点，0≤f≤T-1且f为整数，T为2的非负整数次幂；

当f＝0时，

当f>0时，

(式中I是虚数)，

其中m和q为中间代换变量，当

时q＝f，当

时q＝T-f，当

时p＝m，当

时q＝T-m；

在S_i,j[t,f]中识别出能量最强的透射槽波埃里相(Airy相)的时间域范围[t₁,t₂]和频率域范围[f₁,f₂]，其中t₂>t₁，1≤t₁≤T-1,1≤t₂≤T-1，f₂>f₁，1≤f₁≤T-1,1≤f₂≤T-1)；对S_i,j[t,f]在时间域和频率域进行[t₁,t₂]和[f₁,f₂]带通滤波滤除除透射槽波信号外的其它地震信号，然后进行反S变换得到第i炮激发沿长度为L_i,j的射线路径传播被第j个检波器接收的透射槽波时域信号的的x_ci,j(t)；在x_ci,j(t)中取得最大振幅作为透射槽波振幅值A_i,j；

S4.第i个炮点激发的槽波分别沿传播路径L_i,j-1、L_i,j传播的透射槽波振幅分别为A_i,j-1、A_i,j，其中1≤i≤M且i为整数，2≤j≤P且j为整数，传播路径L_i,j-1、L_i,j在成像范围内每一个小网格上的传播长度为

b_i,j为相邻两地震道振幅比值的自然对数；由b_i,j和

构建一个含有M×(P-1)个线性方程的方程组，

应用代数重建方法、联合代数重建法或联合迭代重建法对上面方程组进行求解，得到采煤工作面成像范围内N个网格的构造衰减系数

S5.求取

的最大值

确定

的网格位置为采煤工作面内隐伏构造分布的位置。

采用该方法求得的构造衰减系数

主要反映采煤工作面内隐伏的构造特征。相对于常规振幅衰减构造成像方法受非构造衰减因素的影响较小。

本发明的有益效果是：

1、本方法采用相邻道透射槽波振幅比值构建线性方程组求解构造衰减系数，不需要透射槽波的初始振幅。改进了常规振幅衰减成像方法求解衰减系数时必须需要透射槽波的初始振幅，而透射槽波初始振幅几乎不可能精确测得的缺点。本方法有效避免了常规振幅衰减成像方法由于初始振幅选择不当对工作面内隐伏构造成像的误差。

2、本方法在求解透射槽波构造衰减系数时，不要求所有炮点激发的槽波初始振幅必须保持一致的条件。本方法有效克服了常规振幅衰减成像方法由于初始振幅不一致对工作面内隐伏构造成像的误差。

3、常规振幅衰减成像方法求得的透射槽波衰减系数是非构造因素造成的透射槽波振幅衰减(煤层吸收衰减、波前扩散衰减、频散衰减、槽波向顶底板漏能衰减等)和构造引起的透射槽波振幅衰减的总效应。因此用常规振幅衰减成像方法求的衰减系数进行构造成像，不能消除非构造衰减因素的影响存在较大误差。本方法求得的构造衰减系数主要反演采煤工作面内隐伏的构造特征，可以有效减弱非构造衰减因素的影响。因此，用本方法求得的构造衰减系数进行构造成像精度更高。

4、常规振幅衰减成像方法进行采煤工作面内隐伏构造成像时，需要进行波前扩散校正。本方法进行采煤工作面内隐伏构造成像不需要波前扩散校正，简化了构造成像过程。

5、发明的本方法同样适用于板状构件缺陷兰姆波(Lamb Wave)衰减检测、板状建筑构件的破裂、损伤衰减检测和地表浅层面波衰减构造探测。

附图说明

图1是透射槽波探测示意图；

图2a是采煤工作面隐伏构造模型图；

图2b是常规振幅衰减成像方法成像(初始振幅0.0001)；

图2c是常规振幅衰减成像方法成像(初始振幅0.0002)；

图2d是常规振幅衰减成像方法成像(初始振幅0.0005)；

图2e是常规振幅衰减成像方法成像(初始振幅0.001)；

图2f是常规振幅衰减成像方法成像(初始振幅0.002)；

图2g是常规振幅衰减成像方法成像(初始振幅0.005)；

图2h是常规振幅衰减成像方法成像(初始振幅0.01)；

图2i是常规振幅衰减成像方法成像(初始振幅0.1)；

图2j是本方法衰减成像(不需要初始振幅)。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容涵盖的范围内。同时，本说明书中所引用的如“上”、“下”、“左”、“右”、“中间”及“一”等的用语，亦仅为便于叙述的明了，而非用以限定本发明可实施的范围，其相对关系的改变或调整，在无实质变更技术内容下，当亦视为本发明可实施的范畴。

透射槽波在煤层中传播，造成其振幅衰减的主要因素有：煤层吸收衰减、波前扩散衰减、频散衰减、构造衰减和漏能衰减；因此，透射槽波振幅衰减是以上所有因素共同作用的总效应。设总衰减系数为α，则α可以等效为煤层吸收衰减系数α_α、波前扩散衰减系数α_g、频散衰减系数α_d、构造衰减系数α_s和漏能衰减系数α_l之和，即：

α＝α_α+α_g+α_d+α_s+α_l

应用煤层对槽波的总衰减系数进行构造成像受到非构造衰减系数的影响较大。在非构造衰减系数相对于构造衰减系数较大的情况下，常规振幅衰减成像方法的技术方案难以对采煤工作面内隐伏构造进行精确成像。

透射槽波振幅A、槽波初始振幅A₀和传播距离L与各吸收系数的关系表达式为：

A＝A₀exp(-(α_α+α_g+α_d+α_l+α_s)L)，

透射槽波探测在煤层内激发槽波，并在同一煤层内接收透射槽波，透射槽波仅在煤层内顺层传播。在煤层较均匀或非均质变化较弱的条件下，煤层吸收衰减系数α_α、波前扩散衰减系数α_g、频散衰减系数α_d和漏能衰减系数α_l在局部范围内变化不大各自近似相等，它们造成的透射槽波振幅衰减与射线传播距离L长度有关，随着射线传播距离L长度增大振幅衰减的越多。而构造衰减系数α_s决定于射线是否穿过构造，即受射线在介质中相对于构造的位置影响。

沿采煤工作面一侧煤层均匀密集布置炮点，在对侧均匀密集布置检波器如图1所示。设第i炮激发槽波的初始振幅为A_i，透射槽波沿煤层传播被相邻的第j-1，j两个接收点接收，两条相邻射线传播路径长度分别为L_i,j-1，L_i,j。透射槽波沿两条射线路径传播的总衰减系数分别为α_i,j-1和α_i,j。j-1和j接收点接收到的透射槽波振幅分别为A_i,j-1，A_i,j。

则

α_i,j-1＝α_αi,j-1+α_gi,j-1+α_di,j-1+α_li,j-1+α_si,j-1

其中α_αi,j-1、α_gi,j-1、α_di,j-1、α_li,j-1、α_si,j-1分别为透射槽波沿L_i,j-1射线路径传播的煤层吸收衰减系数、波前扩散衰减系数、频散衰减系数、漏能衰减系数和构造衰减系数。

α_i,j＝α_αi,j+α_gi,j+α_di,j+α_li,j+α_si,j

其中α_αi,j、α_gi,j、α_di,j、α_li,j、α_si,j分比为透射槽波沿L_i,j射线路径传播的煤层吸收衰减系数、波前扩散衰减系数、频散衰减系数、漏能衰减系数和构造衰减系数。

则可以得到透射槽波沿两条射线路径L_i,j和L_i,j-1传播的振幅A_i,j-1和A_i,j与初始振幅A_i和各自路径衰减系数的关系如下。

A_i,j-1＝A_iexp(-(α_αi,j-1+α_gi,j-1+α_di,j-1+α_li,j-1)L_i,j-1-α_si,j-1L_i,j-1)

A_i,j＝A_iexp(-(α_αi,j+α_gi,j+α_di,j+α_li,j)L_i,j-α_si,jL_i,j)

为了保证对采煤工作面内的构造进行精确探测，要求炮点和检波点间距小于要求探测构造最小尺寸的一半。为了保证相邻检波点距离相对于其射线路径长度足够小要求检波点间距小于最小炮检距的十分之一。在以上条件下两条相邻的共炮点射线路径近似重合长度近似相等，在微小的局部范围内除构造衰减系数外，其它衰减系数近似相等。而每条射线路径受是否穿过构造位置影响，其构造衰减系数差异较大。

令上面两式相比。

由以上分析可知，在煤层较均匀或非均质变化较弱的条件下，并且检波器均匀密集布置，相邻检波点距离相对于其射线路径长度足够小。透射槽波相邻地震道振幅比值主要与构造衰减系数有关，受非构造衰减因素影响较小。由此提出一种不需要求取槽波初始振幅、不需要各震源激发的槽波初始振幅保持一致，可以有效克服非构造衰减因影响的采煤工作面内隐伏构造成像方法。

采煤工作面内隐伏构造透射槽波相邻道振幅比成像方法，步骤如下：

S1.采用如图1所示的观测系统，在采煤工作面一侧巷道煤层内均匀布置M个炮点激发槽波，在对面巷道煤层内均匀布置P个接收器，每个接收器均接收每一个炮点激发的共M个共炮点透射槽波数据，共形成M×P条射线路径，M和P均为正整数，炮点和检波器之间最小距离为L，需要探测的隐伏构造在平行工作面的平面内最小尺寸为D，炮点间距离D_S，要求

接收器间距为D_R，要求

同时要求

S2.将需要构造成像的采煤工作面范围进行网格划分，划分成N个边长相等的正方形小网格，N为正整数，正方形网格边长为L_g，为了保证构造成像精度要求

令每个小网格的构造衰减系数为

1≤n≤N且n为整数；令每一条射线路径L_i,j在成像范围内每一个小网格上传播的长度为

其中1≤i≤M且i为整数，1≤j≤P且j为整数；

S3.采用改进的S变换离散化算法提取槽波数据中沿每一条长度为L_i,j的射线路径传播被检波器接收到的透射槽波振幅值A_i,j，具体步骤如下：第i炮激发沿长度为L_i,j的射线路径传播被第j个检波器接收的地震记录信号为x_i,j(t)，其中t为时间采样点，0≤t≤T-1且t为整数，T为2的非负整数次幂；采用下面公式进行改进的S变换，变换为时间-频率域信号S_i,j[t,f]，其中f为频率采样点，0≤f≤T-1且f为整数，T为2的非负整数次幂；

当f＝0时，

当f>0时，

(式中I是虚数)，

其中m和q为中间代换变量，当

时q＝f，当

时q＝T-f，当

时p＝m，当

时q＝T-m；

在S_i,j[t,f]中识别出能量最强的透射槽波埃里相(Airy相)的时间域范围[t₁,t₂]和频率域范围[f₁,f₂]，其中t₂>t₁，1≤t₁≤T-1,1≤t₂≤T-1，f₂>f₁，1≤f₁≤T-1,1≤f₂≤T-1)；对S_i,j[t,f]在时间域和频率域进行[t₁,t₂]和[f₁,f₂]带通滤波滤除除透射槽波信号外的其它地震信号，然后进行反S变换得到第i炮激发沿长度为L_i,j的射线路径传播被第j个检波器接收的透射槽波时域信号的的x_ci,j(t)；在x_ci,j(t)中取得最大振幅作为透射槽波振幅值A_i,j；

S4.第i个炮点激发的槽波分别沿传播路径L_i,j-1、L_i,j传播的透射槽波振幅分别为A_i,j-1、A_i,j，其中1≤i≤M且i为整数，2≤j≤P且j为整数，传播路径L_i,j-1、L_i,j在成像范围内每一个小网格上的传播长度为

b_i,j为相邻两地震道振幅比值的自然对数；由b_i,j和

列构建一个含有M×(P-1)个线性方程的方程组，

应用代数重建方法、联合代数重建法或联合迭代重建法对上面方程组进行求解，得到采煤工作面成像范围内N个网格的构造衰减系数

S5.求取

的最大值

确定

的网格位置为采煤工作面内隐伏构造分布的位置。

设计如图2a所示的采煤工作面数值模型，通过人工数值模拟透射槽波数据分别用常规振幅衰减成像方法和本方法进行构造成像。如图2b-图2j所示，透射槽波常规振幅衰减成像方法采煤工作面内构造成像效果依赖于初始振幅选择。而实际探测中，透射槽波的初始振幅未知，盲目选择不当的初始振幅严重影响构造成像效果。而本方法不需要透射槽波的初始振幅，在相同的槽波资料的条件下一次计算能得到高精度的采煤工作面内隐伏构造的精确成像。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (3)

1.一种采煤工作面内隐伏构造透射槽波相邻道振幅比成像方法，其特征是，步骤如下：

S1.在采煤工作面一侧巷道煤层内均匀布置M个炮点激发槽波，在对面巷道煤层内均匀布置P个接收器，每个接收器均接收每一个炮点激发的共M个共炮点透射槽波数据，共形成M×P条射线路径，M和P均为正整数，炮点和检波器之间最小距离为L，需要探测的隐伏构造在平行工作面的平面内最小尺寸为D，炮点间距离D_S，接收器间距为D_R；

S2.将需要构造成像的采煤工作面范围进行网格划分，划分成N个边长相等的正方形小网格，N为正整数，正方形网格边长为L_g，要求

令每个小网格的构造衰减系数为

1≤n≤N且n为整数，令每一条射线路径L_i,j在成像范围内每一个小网格上传播的长度为

其中1≤i≤M且i为整数，1≤j≤P且j为整数；

S3.采用改进的S变换离散化算法提取槽波数据中沿每一条长度为L_i,j的射线路径传播被检波器接收到的透射槽波振幅值A_i,j；

S4.第i个炮点激发的槽波分别沿传播路径L_i,j-1、L_i,j传播的透射槽波振幅分别为A_i,j-1、A_i,j，其中1≤i≤M且i为整数，2≤j≤P且j为整数，传播路径L_i,j-1、L_i,j在成像范围内每一个小网格上的传播长度为

b_i,j为相邻两地震道振幅比值的自然对数；由b_i,j和

列构建一个含有M×(P-1)个线性方程的方程组，

应用代数重建方法、联合代数重建法或联合迭代重建法对上面方程组进行求解，得到采煤工作面成像范围内N个网格的构造衰减系数

S5.求取

的最大值

确定

式中2≤a≤4，网格位置为采煤工作面内隐伏构造分布的位置。

2.如权利要求1所述的采煤工作面内隐伏构造透射槽波相邻道振幅比成像方法，其特征是，所述步骤S1中，炮点间距离

接收器间距

且同时

3.如权利要求1所述的采煤工作面内隐伏构造透射槽波相邻道振幅比成像方法，其特征是，所述步骤S3中，计算透射槽波振幅值A_i,j的具体步骤如下：

第i炮激发沿长度为L_i,j的射线路径传播被第j个检波器接收的地震记录信号为x_i,j(t)，其中t为时间采样点，0≤t≤T-1且t为整数，T为2的非负整数次幂；采用下面公式进行改进的S变换，变换为时间-频率域信号S_i,j[t,f]，其中f为频率采样点，0≤f≤T-1且f为整数，T为2的非负整数次幂；

当f＝0时，

当f>0时，

(式中I是虚数)，

其中m和q为中间代换变量，当

时q＝f，当

时q＝T-f，当

时p＝m，当

时q＝T-m；

在S_i,j[t,f]中识别出能量最强的透射槽波埃里相的时间域范围[t₁,t₂]和频率域范围[f₁,f₂]，其中t₂>t₁，1≤t₁≤T-1,1≤t₂≤T-1，f₂>f₁，1≤f₁≤T-1,1≤f₂≤T-1)；对S_i,j[t,f]在时间域和频率域进行[t₁,t₂]和[f₁,f₂]带通滤波滤除除透射槽波信号外的其它地震信号，然后进行反S变换得到第i炮激发沿长度为L_i,j的射线路径传播被第j个检波器接收的透射槽波时域信号的的x_ci,j(t)；在x_ci,j(t)中取得最大振幅作为透射槽波振幅值A_i,j。

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