基于检波器细分阵列的煤矿开采地震探测系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于检波器细分阵列的煤矿开采地震探测系统及方法。本发明专利技术利用设置于深孔中的相邻两个地震检波器串将工作面划分为多个细分区域，利用多维反褶积干涉法将从切眼内传来的连续振动噪音转化为有效地震信号，在细分区域内获得高信噪比、高空间分辨率的“虚”炮集。

【技术实现步骤摘要】
基于检波器细分阵列的煤矿开采地震探测系统及方法
本专利技术涉及一种煤矿开采地震探测系统及方法，属于煤矿智能开采
，具体是涉及一种基于检波器细分阵列的煤矿开采地震探测系统及方法。
技术介绍
煤矿智能开采的关键技术是智能探测、智能导航和智能控制，其中“智能探测”属于地球物理探测领域，是智能开采中最重要的技术，也最难实现。智能开采是一种无人化作业，开采方案及各种操作参数都由人工智能自动判断和完成，许多在人-机开采系统中影响不大的小断层、煤厚变化等在自动化智能开采中都会造成比较大的影响。地面三维地震、井下槽波等传统地震勘探方法都能够为工作面内的构造提供图像，然而限于地震观测系统与探测目标的距离比较远等不利因素，这些图像还远达不到智能开采所需要的精度。智能开采不仅需要工作面前方的详细构造信息，顶板和底板的应力演化等信息也都需要及时获取，以便及时调整开采作业方案，达到安全高效采煤的目的，通常的地震勘探方法都是静态探测方法，无法完成这种实时探测任务。
技术实现思路
专利技术所要解决的技术问题现有技术中虽然存在一些随采探测方法能够进行实时探测，但其都是沿工作面两边巷道布置地震检波器，以采煤机作为被动震源，这种方法的地震射线覆盖不了整个工作面，且地震射线间彼此交角不大，不利于反演成像。此外，该方法的炮检距比较大，不利于探测微小构造。针对以上问题，本专利技术利用多组水平孔中检波器组合成的细分接收阵列进行探测，从而将采煤工作面细分为多个较小的探测区域，达到煤矿智能开采精细探测目的。本专利技术以工作面切眼内的采煤机械噪音、微震等作为被动震源，利用地震干涉方法将这些被动震源能量转化为接收网络内的“虚”炮集，实现工作面内部构造的分块精细探测。解决技术问题所采用的方案本专利技术的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种基于检波器细分阵列的煤矿开采地震探测系统，包括：地震检波器串阵列，包括多个地震检波器串，每个所述地震检波器串分别位于工作面内布置的平行深孔中，所述平行深孔两端分别连接巷道；数据采集器，连接若干个检测器串，并通屏蔽电缆接入光端机；其中，相邻两个地震检波器串将工作面划分为一个细分区域，利用多维反褶积干涉法将从切眼内传来的连续振动噪音转化为有效地震信号，在细分区域内获得高信噪比、高空间分辨率的“虚”炮集。在本专利技术的至少一个实施例中，还包括：位于所述巷道内的浅孔检波器。在本专利技术的至少一个实施例中，所述检波器置于推靠装置中，所述推靠装置包括用于放置检波器的壳体，所述壳体上铰接一推靠臂，所述推靠臂的中部铰接一推靠螺杆，所述推靠螺杆的另一端连接于一推靠电机的行程杆上；并且，所述行程杆横向移动时驱动所述推靠螺杆带动所述推靠臂的至少一端偏离所述壳体。一种基于检波器细分阵列的煤矿开采地震探测方法，包括：区域划分步骤，利用布置于工作面内平行深孔中的地震检波器串将工作面划分为多个细分区域；数据采集步骤，以工作面切眼内的采煤机械噪音、微震作为被动震源，获取从切眼内传来的连续振动噪音；转化为有效地震信号；数据处理步骤，以细分区域为单位，将从切眼内传来的连续振动噪音转化为有效地震信号，在细分区域内获得高信噪比、高空间分辨率的“虚”炮集；数据解释步骤，基于所述“虚”炮集进行地质解释。在本专利技术的至少一个实施例中，所述数据采集步骤中，采煤工作停止后地震检波器串延后预定时长关闭，在延迟时段记录被采煤工作诱发的后续微震信号。在本专利技术的至少一个实施例中，所述数据处理步骤中，在每一个细分区域内执行以下子步骤：观测系统建模子步骤，输入工作面和各个检波器的坐标，以建立观测系统，实时更新切眼位置推进的数据，为数据解释提供依据；工作状态确定子步骤，分析能量水平和互相关函数的峭度以筛选出采煤作业时段，截取采煤时段的数据进行后续处理；多维反褶干涉子步骤，利用多维反褶积干涉法将从切眼内传来的连续振动噪音转化为有效地震信号，在细分区域内获得高信噪比、高空间分辨率的“虚”炮集；煤层探测构造子步骤，对透射虚炮集进行处理得到细分阵列内的CT、槽波频散曲线、综合煤厚变化中的一种或多种；应力变化探测子步骤，对前后两个割煤单趟间的“虚”炮集进行尾波干涉及处理以得到应力变化图。在本专利技术的至少一个实施例中，所述工作状态确定子步骤中，对数据的振幅进行分析，当振幅小于阈值时被判定为采煤机未割煤；当振幅大于阈值时，将数据进行分组，在组内求互相关函数的峭度，当峭度大于一阈值时判定为采煤机正在割煤，在数据筛选文件中记录割煤时段。在本专利技术的至少一个实施例中，所述多维反褶干涉子步骤中，将细分区域中最靠近切眼的检波器串定义为一组虚炮点，将远离切眼的检波器串定义为接收点，每个虚炮点的地震数据和所有接收点的地震数据进行互相关得到初始虚炮集，将初始虚炮集按虚炮点依次排列为一个多维数组；将每个虚炮点的地震数据和其他虚炮点的地震数据做互相关得到虚炮点的点扩散函数，将点扩散函数按虚炮点依次排列为另一个多维数组；利用点扩散函数多维数组对初始虚炮集多维数组做多维反褶积处理，得到最终的虚炮集多维数组。在本专利技术的至少一个实施例中，所述煤层探测构造子步骤中，利用ART或SIRT方法反演得到细分阵列内的CT；和/或利用反射地震的叠前偏移技术处理反射波数据，获得探测区域内的断层成像；和/或提取每条虚炮集地震射线的槽波频散曲线，反演得到每条射线上的煤厚，将每条射线的煤厚信息综合起来，利用层析成像方法得到每个区域的综合煤厚变化。在本专利技术的至少一个实施例中，所述数据解释步骤中，通过分析CT图像、反射图像、槽波频散曲线以对断层、陷落柱、煤厚变化进行定量标注；和/或基于应力变化动态图像，结合构造薄弱带和安全监测信息，预测地质灾害；和/或根据构造探测结果圈定断层、陷落柱、煤厚变化并以三维可视化呈现。专利技术效果因此，本专利技术具有如下优点：1、提供了一种将工作面整体探测转化为一系列细分区域精细探测的方法，探测精度远高于传统方法，非常适合解决智能开采的精细智能探测问题。2、利用平行于切眼的钻孔布设检波器串，和通常在巷道内接收地震信号的随采地震方法比起来，得到的是检波器之间的“虚”炮集，距离探测目标更近，“虚”炮点和接收点都固定不变，探测介质应力变化的精度更高。3、利用孔间尾波干涉技术探测应力变化，和体波、槽波等比起来尾波干涉探测精度更高，因为尾波是一种在介质内多次散射的波，对介质的波速变化非常敏感；孔间尾波干涉是细分区段探测，可进一步提高空间分辨率。附图说明图1本专利技术的采煤工作面及检波器布置示意图；图2本专利技术的分块虚炮集射线覆盖示意图；图3本专利技术的深孔检波器串示意图；图4本专利技术的键槽挂接式杆件连接装置。图中，检波器1，推靠电机2，推靠背3，推靠螺杆4，键5，槽6。具体实施方式下面通过实施例，并结合附图，对本专利技术的技术方案作进一步具体的说明。实施例：本实施例将多组水平孔中检波器组合为细分接收阵列，将采煤工作面细分为一个个小的探测区域，达到煤矿智能开采精细探测目的。本实施例以工作面切眼内的采煤机械噪音、微震等作为被动震源，利用地震干涉方法将这些被动震源能量转化为接收网络内的“虚”炮集，实现工作面内部构造的分块精细探测。下面结合附图，对本实施进一步说明。如图1所示，本实施例在工作面布置一系列的平行深孔，孔与工作面的切眼互相平行，孔间距约100米(探测精度本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于检波器细分阵列的煤矿开采地震探测系统，其特征在于，包括：地震检波器串阵列，包括多个地震检波器串，每个所述地震检波器串分别位于工作面内布置的平行深孔中，所述平行深孔两端分别连接巷道；数据采集器，连接若干个检测器串，并通屏蔽电缆接入光端机；其中，相邻两个地震检波器串将工作面划分为一个细分区域，利用多维反褶积干涉法将从切眼内传来的连续振动噪音转化为有效地震信号，在细分区域内获得高信噪比、高空间分辨率的“虚”炮集。

【技术特征摘要】
1.一种基于检波器细分阵列的煤矿开采地震探测系统，其特征在于，包括：地震检波器串阵列，包括多个地震检波器串，每个所述地震检波器串分别位于工作面内布置的平行深孔中，所述平行深孔两端分别连接巷道；数据采集器，连接若干个检测器串，并通屏蔽电缆接入光端机；其中，相邻两个地震检波器串将工作面划分为一个细分区域，利用多维反褶积干涉法将从切眼内传来的连续振动噪音转化为有效地震信号，在细分区域内获得高信噪比、高空间分辨率的“虚”炮集。2.根据权利要求1所述的一种基于检波器细分阵列的煤矿开采地震探测系统，其特征在于，还包括：位于所述巷道内的浅孔检波器。3.根据权利要求1所述的一种基于检波器细分阵列的煤矿开采地震探测系统，其特征在于，所述检波器置于推靠装置中，所述推靠装置包括用于放置检波器的壳体，所述壳体上铰接一推靠臂，所述推靠臂的中部铰接一推靠螺杆，所述推靠螺杆的另一端连接于一推靠电机的行程杆上；并且，所述行程杆横向移动时驱动所述推靠螺杆带动所述推靠臂的至少一端偏离所述壳体。4.一种基于检波器细分阵列的煤矿开采地震探测方法，其特征在于，包括：区域划分步骤，利用布置于工作面内平行深孔中的地震检波器串将工作面划分为多个细分区域；数据采集步骤，以工作面切眼内的采煤机械噪音、微震作为被动震源，获取从切眼内传来的连续振动噪音；转化为有效地震信号；数据处理步骤，以细分区域为单位，将从切眼内传来的连续振动噪音转化为有效地震信号，在细分区域内获得高信噪比、高空间分辨率的“虚”炮集；数据解释步骤，基于所述“虚”炮集进行地质解释。5.根据权利要求4所述的一种基于检波器细分阵列的煤矿开采地震探测方法，其特征在于，所述数据采集步骤中，采煤工作停止后地震检波器串延后预定时长关闭，在延迟时段记录被采煤工作诱发的后续微震信号。6.根据权利要求4所述的一种基于检波器细分阵列的煤矿开采地震探测方法，其特征在于，所述数据处理步骤中，在每一个细分区域内执行以下子步骤：观测系统建模子步骤，输入工作面和各个检波器的坐标，以建立观测系统，实时更新切眼位置推进的数据，为数据解释提供依据；工作状态确定子步骤，分析能量水平和互相关函数的峭度以筛选出采煤作业时段，截取采煤时段的数据进行后...

【专利技术属性】
技术研发人员：陆斌，程建远，胡继武，覃思，王保利，刘强，
申请(专利权)人：中煤科工集团西安研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61