掘进巷道剩余煤厚地震多波多分量的探测方法技术

本发明专利技术公开了一种掘进巷道剩余煤厚地震多波多分量的探测方法，通过将地震三分量短排列式采集装置直接嵌入掘进巷道的顶部煤壁，节省人力成本，实施简单方便，也不会对掘进巷道进行破坏；通过移动预设的步距，激发电磁激振器，得到不同深度对应的地震记录信号，保证探测的准确度，提高探测结果的鲁棒性；通过不同深度对应的地震记录信号计算得到每一个地震记录信号对应的地震散射多波剖面，根据所有地震散射多波剖面进行归一化叠加拼接显示，能够准确清晰地得到掘进巷道的顶部剩余煤层的纵波深度剖面和横波深度剖面，通过煤岩界面在纵波深度剖面和横波深度剖面的位置计算顶部剩余煤层的厚度，能够极大地提高探测精度。能够极大地提高探测精度。能够极大地提高探测精度。

【技术实现步骤摘要】
掘进巷道剩余煤厚地震多波多分量的探测方法


[0001]本专利技术涉及煤厚探测
，尤其是涉及一种掘进巷道剩余煤厚地震多波多分量的探测方法。

技术介绍

[0002]煤层厚度是煤矿生产与安全的关键控制要素，煤层巷道掘进与工作面生产都直接受煤层厚度控制。掘进过程中，剩余留底煤、留顶煤厚度与掘进速度、顶板管理、支护有效性及安全掘进效率紧密相关；放顶煤工作面的顶煤厚度是回采过程控制的关键参数，顶煤厚度与放顶煤工艺、煤炭回收率、工作面煤质管理、瓦斯放散量及顶板含水层扰动等都密切关联。因此，在煤层开采前查明煤层厚度是保障工作面高效安全生产的重大需求。
[0003]由于煤层厚度在矿井地质勘探中只有钻孔点厚度可信度高，需要在巷道掘进、工作面回采中进行实际探查。目前煤矿井下主要采用钻探方式进行煤厚探查，通过人工感知电(风)煤钻钻进过程顶底板岩层的反作用力或返回的煤岩粉颜色来判断煤厚，难以控制的探煤钻孔倾角易导致其探测精度存在人为误差，并且存在施工效率低、成本高等问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术旨在至少解决现有技术中存在的技术问题之一。为此，本专利技术提出一种掘进巷道剩余煤厚地震多波多分量的探测方法，高效且精准地探测掘进巷道剩余煤厚，节省大量人力成本和时间成本。
[0005]第一方面，本专利技术的实施例提供了一种掘进巷道剩余煤厚地震多波多分量的探测方法，所述掘进巷道剩余煤厚地震多波多分量的探测方法包括：
[0006]通过电磁激振器和多个三分量压电拾震计构建地震三分量短排列式采集装置；
[0007]将所述地震三分量短排列式采集装置嵌入掘进巷道的顶部煤壁；
[0008]控制所述电磁激振器激发信号，并同步采集每个所述三分量压电拾震计接收来自初始的煤岩界面散射点反射的地震记录信号；通过将所述地震三分量短排列式采集装置移动预设的步距，控制所述电磁激振器激发信号，同步采集下一个煤岩界面散射点反射的地震记录信号，依次类推，直至采集完成所有煤岩界面散射点反射的地震记录信号，得到多个地震记录信号；
[0009]通过每一个所述地震记录信号计算对应的纵波振幅叠加信号和横波振幅叠加信号，并根据每一个所述地震记录信号对应的所述纵波振幅叠加信号的纵波速度和所述横波振幅叠加信号的横波速度进行时间深度转换，得到每一个所述地震记录信号对应的地震散射多波剖面；
[0010]通过所有所述地震散射多波剖面进行归一化叠加拼接显示，得到所述掘进巷道的顶部剩余煤层的纵波深度剖面和横波深度剖面，并根据煤岩界面在所述纵波深度剖面和所述横波深度剖面的位置计算顶部剩余煤层的厚度。
[0011]根据本专利技术实施例的方法，至少具有如下有益效果：
[0012]本专利技术首先通过电磁激振器和三分量压电拾震计构建地震三分量短排列式采集装置，便于采集，节省人力成本；其次通过将地震三分量短排列式采集装置直接嵌入掘进巷道的顶部煤壁，实施简单方便，也不会对掘进巷道进行破坏；通过移动预设的步距，激发电磁激振器，得到不同深度对应的地震记录信号，保证探测的准确度，提高探测结果的鲁棒性；通过不同深度对应的地震记录信号计算得到每一个地震记录信号对应的地震散射多波剖面，根据所有地震散射多波剖面进行归一化叠加拼接显示，能够准确清晰地得到掘进巷道的顶部剩余煤层的纵波深度剖面和横波深度剖面，通过煤岩界面在纵波深度剖面和横波深度剖面的位置计算顶部剩余煤层的厚度，能够极大地提高探测精度，使得到的探测结果的误差大大降低，同时节省了大量施工时间，提高了探测效率。
[0013]根据本专利技术的一些实施例，所述地震三分量短排列式采集装置包括采集架、8个所述三分量压电拾震计和1个所述电磁激振器，所述8个所述三分量压电拾震计和1个所述电磁激振器呈水平直线并列设置在所述采集架上，所述电磁激振器左右两侧的所述三分量压电拾震计的数量相等，且相邻两个所述三分量压电拾震计的间距为0.2米，所述电磁激振器与所述三分量压电拾震计的最小炮检距为0.2米。
[0014]根据本专利技术的一些实施例，所述8个所述三分量压电拾震计和1个所述电磁激振器均与所述采集架通过弹簧连接。
[0015]根据本专利技术的一些实施例，所述通过每一个所述地震记录信号计算每一个所述地震记录信号对应的纵波振幅叠加信号和横波振幅叠加信号，包括：
[0016]将所述地震记录信号放置于数字化网格中；
[0017]通过所述地震记录信号得到在已知煤层的横波速度下所述地震记录信号处于的横轴网格，并通过所述地震记录信号得到在已知煤层的纵波速度下所述地震记录信号处于的纵轴网格；通过所述煤岩界面散射点、所述横轴网格和所述纵轴网格对所述三分量压电拾震计的接收点进行标记；
[0018]通过基于Hilbert变换的瞬时极化分析对所述地震记录信号的三分量进行极化参数求解，得到所述地震记录信号处于所述三分量压电拾震计的接收点的主极化向量；
[0019]根据所述煤岩界面散射点与所述三分量压电拾震计的接收点的位置计算得到回波方向向量；
[0020]计算所述主极化向量和所述回波方向向量的滤波夹角；
[0021]根据所述主极化向量与所述三分量不同方向的夹角，将所述地震记录信号的三分量加权叠加至所述主极化向量的方向，得到主极化纵波振幅和主极化横波振幅；
[0022]通过所述主极化纵波振幅、所述主极化横波振幅和所述滤波夹角计算得到所述地震记录信号对应的纵波振幅叠加信号和横波振幅叠加信号。
[0023]根据本专利技术的一些实施例，通过地震散射波传播旅行时刻对所述三分量压电拾震计的接收点进行标记。
[0024]根据本专利技术的一些实施例，所述横波速度、所述纵波速度和所述地震散射波传播旅行时刻通过如下公式进行转换：
[0025][0026]其中，t
s
表示地震波从电磁激振点到网格的旅行时刻，t
r
表示散射波从网格到三分
量压电拾震计的旅行时刻，x
s
表示电磁激振器的坐标，x
r
表示三分量压电拾震计的坐标，V表示煤层的纵波速度或者横波速度，x表示煤岩界面散射点的横坐标，z表示煤岩界面散射点的纵坐标。
[0027]根据本专利技术的一些实施例，所述得到主极化纵波振幅和主极化横波振幅的计算公式包括：
[0028]A
mi
＝A
x
cosθ
x
+A
y
cosθ
y
+A
z
cosθ
z
[0029]其中，A
mi
表示主极化纵波振幅和主极化横波振幅，主极化纵波振幅用A
mpi
表示，主极化横波振幅使用A
msi
表示，A
x
、A
y
和A
z
分别表示三分量的振幅，θ
x
、θ
y
和θ
z
分别表示主极化向量与三分量的夹角。
[0030]根据本专利技术的本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种掘进巷道剩余煤厚地震多波多分量的探测方法，其特征在于，所述掘进巷道剩余煤厚地震多波多分量的探测方法包括：通过电磁激振器和多个三分量压电拾震计构建地震三分量短排列式采集装置；将所述地震三分量短排列式采集装置嵌入掘进巷道的顶部煤壁；控制所述电磁激振器激发信号，并同步采集每个所述三分量压电拾震计接收来自初始的煤岩界面散射点反射的地震记录信号；通过将所述地震三分量短排列式采集装置移动预设的步距，控制所述电磁激振器激发信号，同步采集下一个煤岩界面散射点反射的地震记录信号，依次类推，直至采集完成所有煤岩界面散射点反射的地震记录信号，得到多个地震记录信号；通过每一个所述地震记录信号计算对应的纵波振幅叠加信号和横波振幅叠加信号，并根据每一个所述地震记录信号对应的所述纵波振幅叠加信号的纵波速度和所述横波振幅叠加信号的横波速度进行时间深度转换，得到每一个所述地震记录信号对应的地震散射多波剖面；通过所有所述地震散射多波剖面进行归一化叠加拼接显示，得到所述掘进巷道的顶部剩余煤层的纵波深度剖面和横波深度剖面，并根据煤岩界面在所述纵波深度剖面和所述横波深度剖面的位置计算顶部剩余煤层的厚度。2.根据权利要求1所述的掘进巷道剩余煤厚地震多波多分量的探测方法，其特征在于，所述地震三分量短排列式采集装置包括采集架、8个所述三分量压电拾震计和1个所述电磁激振器，所述8个所述三分量压电拾震计和1个所述电磁激振器呈水平直线并列设置在所述采集架上，所述电磁激振器左右两侧的所述三分量压电拾震计的数量相等，且相邻两个所述三分量压电拾震计的间距为0.2米，所述电磁激振器与所述三分量压电拾震计的最小炮检距为0.2米。3.根据权利要求2所述的掘进巷道剩余煤厚地震多波多分量的探测方法，其特征在于，所述8个所述三分量压电拾震计和1个所述电磁激振器均与所述采集架通过弹簧连接。4.根据权利要求3所述的掘进巷道剩余煤厚地震多波多分量的探测方法，其特征在于，所述通过每一个所述地震记录信号计算每一个所述地震记录信号对应的纵波振幅叠加信号和横波振幅叠加信号，包括：将所述地震记录信号放置于数字化网格中；通过所述地震记录信号得到在已知煤层的横波速度下所述地震记录信号处于的横轴网格，并通过所述地震记录信号得到在已知煤层的纵波速度下所述地震记录信号处于的纵轴网格；通过所述煤岩界面散射点、所述横轴网格和所述纵轴网格对所述三分量压电拾震计的接收点进行标记；通过基于Hilbert变换的瞬时极化分析对所述地震记录信号的三分量进行极化参数求解，得到所述地震记录信号处于所述三分量压电拾震计的接收点的主极化向量；根据所述煤岩界面散射点与所述三分量压电拾震计的接收点的位置计算得到回波方向向量；计算所述主极化向量和所述回波方向向量的滤波夹角；根据所述主极化向量与所述三分量不同方向的夹角，将所述地震记录信号的三分量加权叠加至所述主极化向量的方向，得到主极化纵波振幅和主极化横波振幅；
通过所述主极化纵波振幅、所述主极化横波振幅和所述滤波夹角计算得到所述地震记录信号对应的纵波振幅叠加信号和横波振幅叠加信号。5.根据权利要求4所述的掘进巷道剩余煤厚地震多波多分量...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘晋升，闫寿庆，焦扬，于斌，张凯，章俊，刘盛东，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：