CN115079270A - 一种煤层上部含水砂层槽波地震精细探测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种煤层上部含水砂层槽波地震精细探测方法,先通过在工作面两侧巷道内布设检波器及地震震源,通过两侧巷道相互激发地震波及接收穿透工作面的槽波,完成数据采集过程,接着对采集的数据进行槽波频散分析,并以固定频率区间对槽波频散分析后的数据提取槽波速度,从而能获得当前探测区域内各个位置的槽波速度变化情况,然后确定三种区域及划分标准,根据标准对当前探测区域进行划分,完成划分后,I型区域无需进行速度及能量的联合反演,仅需对II型和III型区域进行速度及能量的联合反演,从而有效提高本发明探测分析速度,最终根据反演结果并结合现场的地质资料,从而确定煤层顶板含水砂岩边界区域的范围。
Description
技术领域
本发明涉及一种矿井地球物理探测方法,具体是一种煤层上部含水砂层槽波地震精细探测方法。
背景技术
在我国,软岩矿井主要集中在西北侏罗纪煤田,为砂、泥质沉积建造。泥岩遇水泥化、膨胀;砂岩胶结强度低,遇水可崩解,在水动力作用下表现出流沙特征。多年来生产实践和事故案例表明,软岩矿区“有砂岩就有水,突水必溃沙”,顶板携沙突水已成为侏罗纪煤田主要水害类型之一。近年来,随着西北地区侏罗纪煤田开发强度提高,顶板携沙突水灾害日益突出,这对煤矿的安全开采带来巨大隐患。因此,针对煤层上部含水砂层进行有效探测十分重要。
目前,针对煤层上部含水砂层地质灾害,主要有钻探和物探两种方法。其中使用传统的钻探方法要想达到较好的探测效果需要有一定的钻孔密度,这大大提高了探测工作量和探测成本;物探方法中:电法勘探受高阻屏蔽的影响,对于巨厚煤层,电流效果不佳,不能对煤层上部含水砂层进行有效探测;瞬变电磁探测方法横向分辨率较高但纵向分辨率较低,同时受线圈自感互感的影响,导致瞬变电磁探测存在盲区,另外井下条件较为复杂,大型铁器较多,其产生的涡流导致瞬变电磁探测结果不准确。目前矿井槽波探测地质异常是一个研究热点,地震探测对构造的探测具有明显的技术优势,具体表现在:地震波对构造比较敏感,穿透距离远;而槽波地震勘探还具有能量强、信噪比高、可利用的信息多等优点。因此综合实际探测条件,针对含水构造,为达到较好的探测效果选择槽波的探测方式是很有必要的。但是目前现有的槽波探测的布设方法及后续对数据分析处理过程均无法直接用于煤层上部含水砂层的精细探测,因此如何提供一种新的方法,能利用槽波对煤层上部含水砂层进行探测,并对采集的数据采用特定方法进行分析处理后,最终精确得出含水砂层的位置及范围,是本行业的研究方向。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题,本发明提供一种煤层上部含水砂层槽波地震精细探测方法,能利用槽波对煤层上部含水砂层进行探测,并对采集的数据分析得出各个区域内的槽波速度后采用划分区域和速度及能量的联合反演处理后,最终精确得出含水砂层的位置及范围。
为了实现上述目的,本发明采用的技术方案是:一种煤层上部含水砂层槽波地震精细探测方法,具体步骤为:
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等间距的三分量检波器,并使各个三分量检波器的X分量平行于巷道方向用于接收透射槽波,然后将两条巷道上的各个三分量检波器均通过无缆对时的方式连接到地震主机上,组成地震信号观测系统;接着在每个腰线上相邻检波器之间的中点位置均打设一钻孔,每个钻孔均填充相同药量的炸药作为地震震源,外用炮泥封孔,保证具有相同的炸药激发条件;
B、开启地震主机后,先在一侧巷道内沿巷道方向依次激发钻孔内的炸药,且各个地震震源之间的激发间隔相同,同时另一侧巷道内的各个三分量检波器接收每次地震震源激发后的透射槽波信号,各个检波器将接收的透射槽波数据传递到地震主机进行记录,然后对另一侧巷道内各个地震震源重复上述激发及透射槽波信号接收过程(即两侧巷道内其中之一的各个地震震源激发后,另一巷道内各个检波器进行接收,从而完成两侧巷道相互的激发接收过程),最终地震主机完成两侧巷道内的地震数据记录;
C、地震主机将记录的地震数据进行处理,分析得出煤层上部含水砂层的性质,从而确定工作面内煤层上部含水砂层的位置及范围,具体过程为:
①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地质模型;
②根据各个地震震源位置和各个三分量检波器位置在每侧巷道内的相互位置关系,在地质模型上进行投点,并且在地质模型上选定地质体坐标系的原点;
③对每个地震震源激发后获取的地震记录进行信号的预处理:由于煤厚-频率-速度三者相关,在频率固定的情况下,煤层厚度变化对应槽波速度改变,然后选取固定频率区间及其频率间隔提取不同频率的槽波速度,根据每个地震震源激发后获取的地震记录进行槽波频散分析,根据各次地震记录的及观测系统中地震波传播路径情况,将模型区域分为三种区域,分别为:I型、II型和III型区域;其中I型为传播路径无含水砂岩影响和边界位置影响较小的区域,II型为存在较多含水砂岩的区域,III型为存在较少含水砂岩的区域;通过提取的槽波速度对模型区域进行分区,若槽波速度在某一区域范围内槽波速度变化幅度在5%以内,则确定该区域为I型;若槽波速度在某一区域范围内槽波速度变化幅度大于50%,则确定该区域为II型;若槽波速度在某一区域范围内槽波速度变化幅度大于5%且小于等于50%,则确定该区域为III型;
④根据划分的三类区域,先对各个区域的地震数据进行反演处理后,接着采用速度及能量的联合反演对II型、III型区域再次进行精细处理,并结合现场的地质资料,从而确定煤层顶板含水砂岩边界区域的范围。
进一步,所述每个腰线上相邻检波器之间的间距为10m,各个地震震源打设的钻孔深度均为2m。
进一步,所述各个地震震源之间的激发间隔为10min。
与现有技术的钻探、电法勘探、瞬变电磁等传统物探测手段相比,本发明采用槽波地震探测确定煤层上部含水砂层是否存在及其位置,具有明显的技术优势,具体优点为:地震波对构造比较敏感、穿透距离远信噪比高、可利用的信息多等。本发明先通过在工作面两侧巷道内布设检波器及地震震源,通过两侧巷道相互激发地震波及接收穿透工作面的槽波,完成数据采集过程,接着对采集的数据进行槽波频散分析,并以固定频率区间对槽波频散分析后的数据提取槽波速度,从而能获得当前探测区域内各个位置的槽波速度变化情况,然后确定三种区域及划分标准,根据标准对当前探测区域进行划分,完成划分后,I型区域无需进行速度及能量的联合反演,仅需对II型和III型区域进行速度及能量的联合反演,从而有效提高本发明探测分析速度,最终根据反演结果并结合现场的地质资料,从而确定煤层顶板含水砂岩边界区域的范围。因此本发明不仅对含水砂层的位置及范围的探测精度较高,而且由于先进行划分区域,将不存在含水砂岩的区域去除,仅对存在含水砂岩的区域进行后续的精细处理,从而有效提高探测分析速度。
附图说明
图1是本发明观测系统采集数据后的区域划分示意图。
具体实施方式
下面将对本发明作进一步说明。
如图1所示,本发明的具体步骤为:
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等间距为10m的三分量检波器,并使各个三分量检波器的X分量平行于巷道方向用于接收透射槽波,然后将两条巷道上的各个三分量检波器均通过无缆对时的方式连接到地震主机上,组成地震信号观测系统;接着在每个腰线上相邻检波器之间的中点位置均打设一钻孔,钻孔的深度为2m,每个钻孔均填充相同药量的炸药作为地震震源,外用炮泥封孔,保证具有相同的炸药激发条件;
B、开启地震主机后,先在一侧巷道内沿巷道方向依次激发钻孔内的炸药,且各个地震震源之间的激发间隔均为10min,同时另一侧巷道内的各个三分量检波器的X分量接收每次地震震源激发后的透射槽波信号,各个检波器将X分量接收的透射槽波数据传递到地震主机进行记录,然后对另一侧巷道内各个地震震源重复上述激发及透射槽波信号接收过程,最终地震主机完成两侧巷道内的地震数据记录;其中各个三分量检波器采用X分量进行采集的原因是:在进行数值模拟试验时发现,X分量槽波能量虽然整体弱于Y分量与Z分量,但对煤层顶板含水砂岩边界的振幅响应强于其他两个分量;且地震波在传播经过煤层顶板含水砂岩边界区域时会受到影响,表现出槽波频率的升高。
C、地震主机将记录的地震数据进行处理,分析得出煤层上部含水砂层的性质,从而确定工作面内煤层上部含水砂层的位置及范围,具体过程为:
①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地质模型;
②根据各个地震震源位置和各个三分量检波器位置在每侧巷道内的相互位置关系,在地质模型上进行投点,并且在地质模型上选定地质体坐标系的原点;
③对每个地震震源激发后获取的地震记录进行信号的预处理:由于煤厚-频率-速度三者相关,在频率固定的情况下,煤层厚度变化对应槽波速度改变,然后选取150Hz-300Hz为固定频率区间,然后在该区间内每间隔25Hz提取一次槽波速度,从而获得不同频率的槽波速度,根据每个地震震源激发后获取的地震记录进行槽波频散分析,根据各次地震记录的及观测系统中地震波传播路径情况,将模型区域分为三种区域,分别为:I型、II型和III型区域;其中I型为传播路径无含水砂岩影响和边界位置影响较小的区域,II型为存在较多含水砂岩的区域,III型为存在较少含水砂岩的区域;通过提取的槽波速度对模型区域进行分区,若槽波速度在某一区域范围内槽波速度变化幅度在5%以内,则确定该区域为I型;若槽波速度在某一区域范围内槽波速度变化幅度大于50%,则确定该区域为II型;若槽波速度在某一区域范围内槽波速度变化幅度大于5%且小于等于50%,则确定该区域为III型;
④根据划分的三类区域,先对各个区域的地震数据进行反演处理后,接着采用速度及能量的联合反演对II型、III型区域再次进行精细处理,并结合现场的地质资料,从而确定煤层顶板含水砂岩边界区域的范围。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出:对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进和润饰,这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种煤层上部含水砂层槽波地震精细探测方法,其特征在于,具体步骤为:
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等间距的三分量检波器,并使各个三分量检波器的X分量平行于巷道方向用于接收透射槽波,然后将两条巷道上的各个三分量检波器均通过无缆对时的方式连接到地震主机上,组成地震信号观测系统;接着在每个腰线上相邻检波器之间的中点位置均打设一钻孔,每个钻孔均填充相同药量的炸药作为地震震源,外用炮泥封孔,保证具有相同的炸药激发条件;
B、开启地震主机后,先在一侧巷道内沿巷道方向依次激发钻孔内的炸药,且各个地震震源之间的激发间隔相同,同时另一侧巷道内的各个三分量检波器接收每次地震震源激发后的透射槽波信号,各个检波器将接收的透射槽波数据传递到地震主机进行记录,然后对另一侧巷道内各个地震震源重复上述激发及透射槽波信号接收过程,最终地震主机完成两侧巷道内的地震数据记录;
C、地震主机将记录的地震数据进行处理,分析得出煤层上部含水砂层的性质,从而确定工作面内煤层上部含水砂层的位置及范围,具体过程为:
①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地质模型;
②根据各个地震震源位置和各个三分量检波器位置在每侧巷道内的相互位置关系,在地质模型上进行投点,并且在地质模型上选定地质体坐标系的原点;
③对每个地震震源激发后获取的地震记录进行信号的预处理:由于煤厚-频率-速度三者相关,在频率固定的情况下,煤层厚度变化对应槽波速度改变,然后选取固定频率区间及其频率间隔提取不同频率的槽波速度,根据每个地震震源激发后获取的地震记录进行槽波频散分析,根据各次地震记录的及观测系统中地震波传播路径情况,将模型区域分为三种区域,分别为:I型、II型和III型区域;其中I型为传播路径无含水砂岩影响和边界位置影响较小的区域,II型为存在较多含水砂岩的区域,III型为存在较少含水砂岩的区域;通过提取的槽波速度对模型区域进行分区,若槽波速度在某一区域范围内槽波速度变化幅度在5%以内,则确定该区域为I型;若槽波速度在某一区域范围内槽波速度变化幅度大于50%,则确定该区域为II型;若槽波速度在某一区域范围内槽波速度变化幅度大于5%且小于等于50%,则确定该区域为III型;
④根据划分的三类区域,先对各个区域的地震数据进行反演处理后,接着采用速度及能量的联合反演对II型、III型区域再次进行精细处理,并结合现场的地质资料,从而确定煤层顶板含水砂岩边界区域的范围。
2.根据权利要求1所述的一种煤层上部含水砂层槽波地震精细探测方法,其特征在于,所述每个腰线上相邻检波器之间的间距为10m,各个地震震源打设的钻孔深度均为2m。
3.根据权利要求1所述的一种煤层上部含水砂层槽波地震精细探测方法,其特征在于,所述各个地震震源之间的激发间隔为10min。
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20220920 |