一种煤矿井下基于槽波的超前探测方法技术

一种基于槽波超前探测TVSP扫描方法，包括直达槽波和反射槽波波场分离；直达槽波和反射槽波埃里相峰值差别较大的拾取点进行剔除；计算埃里相速度va；扫描震源到断层垂直距离h和断层走向角α；利用公式得到最终巷道中心线前方断层点位置dc步骤，本发明专利技术有益点为充分利用直达槽波和反射槽波的埃里相信息，可有效的探测煤层中发育的小断层等地质构造，且探测距离远、分辨率高、抗干扰能力强；计算效率高、速度快、定位结果准确，可有效的减少巷道面波和绕射波的影响。

A TVSP scanning method based on channel wave advanced detection

Based on the channel wave advance detection of TVSP scanning methods, including direct wave and reflection wave field separation groove groove groove groove; direct wave and reflected Boaili phase peak difference picking points are eliminated; calculating the phase velocities of v.

【技术实现步骤摘要】
一种基于槽波超前探测TVSP扫描方法
本专利技术属于煤矿巷道掘进的矿井安全
，主要用于精确探测煤矿巷道掌子面前方的小断层、陷落柱、采空区及冲刷带等地质异常情况，具体涉及一种基于槽波超前探测TVSP扫描方法。
技术介绍
煤层中存在的地质构造，如小断层、陷落柱及冲刷带等，严重威胁着煤矿安全生产，尤其在煤矿巷道掘进阶段，由于无法提前探明煤层地质条件，煤层中存在的地质构造往往会引起塌方、冒顶、突水及瓦斯突出等生产事故，给煤矿生产造成巨大的经济损失，并严重危害煤矿人员的生命安全，在煤矿巷道掘进期间，提前探测出前方的地质构造分布情况，然后进行合理规划和治理工作，从而可保障煤矿安全生产是煤炭生产企业主要工作之一。目前，用于煤矿巷道超前探测的地球物理方法包括电法和地震法类，其中电法类包括直流电法、瞬变电磁法和地质雷达法，直流电法技术体系较为成熟，但是探测效果仍存在争议；瞬变电磁法超前探测是准全空间探测，对低阻体较为敏感，但是由于电磁干扰、全空间效应、体积效应及探测盲区等影响，探测精度和效果存在争议；地质雷达法探测距离近，且受电磁干扰影响较大。地震法类包括：1、岩巷中基于体波的超前探测方法，其理论和应用较为成熟，探测距离远且精度高，主要应用于隧道工程；2、煤巷中基于槽波的超前探测方法正处于进一步发展和完善中，其能够有效的、精确的探测煤层中的小断层，因此，煤巷槽波超前探测方法能够更有效的解决煤矿巷道掘进中的地质问题，从而有效的保障煤矿安全生产。
技术实现思路
根据上述阐述，本专利技术的目的在于提供一种基于槽波的煤巷超前探测TVSP扫描方法，在煤矿井下煤层中的掘进巷道中，此方法可有效的、准确的确定出掌子面前方断层的位置。本专利技术提出的基于槽波超前探测TVSP扫描方法，其技术原理为：首先，分别拾取直达槽波和反射槽波每一道的埃里相峰值旅行时间，拟合直达槽波埃里相旅行时间，计算得到槽波埃里相传播速度；然后，通过同时扫描断层走向角和震源到断层垂向距离，拟合反射槽波的埃里相旅行时间，以确定最佳的反射波时距曲线，最后利用反射波时距曲线与直达波时距曲线的交点来确定前方断层(反射界面)的位置。本专利技术提供如下的技术方案：一种基于槽波超前探测TVSP扫描方法，包括以下步骤：1、直达槽波和反射槽波波场分离，对槽波地震记录分别进行F-K正视速度和负视速度滤波，以得到直达槽波记录和反射槽波记录；2、拾取直达槽波和反射槽波埃里相峰值走时，对直达槽波和反射槽波记录各道分别进行多次滤波技术分析，拾取各道埃里相时间，并对差别较大的拾取点进行剔除；3、计算埃里相速度va，估计震源到断层垂直距离hest，对拾取的直达槽波埃里相峰值时间利用最小二乘法线性拟合确定时距曲线方程，从而得到埃里相传播速度va；获取震源位置处或附近地震道反射槽波埃里相峰值时间T1，利用公式h＝T1va/2，估计震源到断层垂直距离hest；4、扫描震源到断层垂直距离h和断层走向角α，h和α的范围大小以反射槽波时距曲线扫描区域覆盖反射槽波埃里相峰值时间为宜；5、扫描完成后得到反射槽波拟合残差D关于α和h的二维图像，从图中可以得到最小残差Dmin的位置，确定最优的αs和hs值。6、确定巷道中心线前方断层点位置dc，把得到的αs和hs值代入式计算得到ds；利用公式δ＝ω|tanα|计算系统误差δ，然后利用式dc＝ds+ω|tanα|得到最终巷道中心线前方断层点位置dc。上述技术方案中，所述步骤四中，h扫描范围一般选取hest附近值，α扫描范围可以根据反射波弯曲程度进行选择。本专利技术中，专利技术人利用煤层中产生并传播的槽波所具有频率高、能量强、传播距离远，且遇到煤层中小构造时槽波波场响应特征较为明显的特点，提出本专利技术的技术方案，其有效的克服了槽波频散引起的埃里相时间拾取不准确问题，合理的避开了巷道面波和巷道前方产生的绕射波的强烈干扰，可以有效的、准确的定位煤巷前方的小断层的位置。本专利技术与现有技术相比，本专利技术的优点有：1、充分利用直达槽波和反射槽波的埃里相信息，可有效的探测煤层中发育的小断层等地质构造，且探测距离远、分辨率高、抗干扰能力强。2、通过扫描震源到断层垂直距离h和断层走向角α和计算反射槽波拟合残差的方法，有效的克服了由于频散现象导致的槽波埃里相走时时间确定不准确的问题，从而提高了槽波超前探测的适用性和准确性。3、与基于体波的超前探测方法相比，本专利技术的技术方案计算效率高、速度快、定位结果准确。4、本专利技术的技术方案选用垂直分量(Z分量)记录来进行槽波超前探测数据处理，可有效的减少巷道面波和绕射波的影响。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。图1为槽波超前探测原理示意图；图2为提取的直达槽波和反射槽波埃里相峰值旅行时间示意图；图3为数值模拟得到的速度三分量地震记录；图4为经过F-K滤波分离后的z分量直达槽波和反射槽波记录及拾取的埃里相时间点图；图5为断层走向角α和震源到断层垂向距离h扫描图像；图6为扫描α和h得到的反射槽波埃里相峰值时间拟合残差图。具体实施方式下面将结合本专利技术的附图，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。实施例为在一个典型含煤、含巷道和断层的地质地球物理3D模型中，如表1为理论模型物性参数，表1所示数值模拟得到的槽波地震记录，采用的地质地球物理模型为典型煤巷超前探测模型，包含了一个巷道和一个走向与巷道轴线夹角30°的断层，断层断距为1/2倍煤厚，煤层厚度为2m。检波器平行于巷道壁布置，与震源位于同一条直线上，震源和检波器均位于煤层深度中心面。表1理论模型物性参数根据图3所示，通过数值模拟得到速度三分量地震记录，图3a为x分量地震记录，图3b为y分量地震记录，图3c为z分量地震记录，应用本专利技术提出的基于槽波超前探测TVSP扫描法，其具体可通过以下步骤实现：步骤1：直达槽波和反射槽波波场分离。基于Z分量槽波地震记录，采用F-K等方法分别分离出直达槽波波场和反射槽波波场记录，如图4中所示实施例中经波场分离后的直达波，如图4a所示和反射槽波如图4b所示波场记录的剖面显示。步骤2：拾取直达槽波和反射槽波埃里相时间。采用多次滤波技术进行频散分析，根据频散曲线，确定各道槽波埃里相时间点，如图4中实点即为拾取的直达和反射槽波埃里相时间点。如果出现某地震道和其相邻地震道的埃里相时间差较大的时间点时，应剔除这个差别较大的时间点。步骤3：拟合计算埃里相速度va；然后，计算震源到断层垂直距离hest。首先，采用最小二乘法拟合直达槽波埃里相时间，确定直达槽波时距曲线方程，如图5所示，从而计算出槽波埃里相速度va。其次，获取震源位置处或附近地震道反射槽波埃里相峰值时间T1，利用公式h＝T1va/2，将拾取的时间T1和槽波埃里相速度va代入上式可计算出震源到断层垂直距离hest。如图5所示，步骤4：扫描震源本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于槽波超前探测TVSP扫描方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一、直达槽波和反射槽波波场分离，对槽波地震记录分别进行F‑K正视速度和负视速度滤波，以得到直达槽波记录和反射槽波记录；步骤二、拾取直达槽波和反射槽波埃里相峰值走时，对直达槽波和反射槽波记录各道分别进行多次滤波技术分析，拾取各道埃里相时间，并对差别较大的拾取点进行剔除；步骤三、计算埃里相速度v

【技术特征摘要】
1.一种基于槽波超前探测TVSP扫描方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤一、直达槽波和反射槽波波场分离，对槽波地震记录分别进行F-K正视速度和负视速度滤波，以得到直达槽波记录和反射槽波记录；步骤二、拾取直达槽波和反射槽波埃里相峰值走时，对直达槽波和反射槽波记录各道分别进行多次滤波技术分析，拾取各道埃里相时间，并对差别较大的拾取点进行剔除；步骤三、计算埃里相速度va，估计震源到断层垂直距离hest，对拾取的直达槽波埃里相峰值时间利用最小二乘法线性拟合确定时距曲线方程，从而得到埃里相传播速度va；获取震源位置处或附近地震道反射槽波埃里相峰值时间T1，利用公式h＝T1va/2，估计震源到断层垂直距离hest...

【专利技术属性】
技术研发人员：李志勇，何良，
申请(专利权)人：北京中矿大地地球探测工程技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京,11