槽波探测技术新进展及应用实例

三、槽波探测应用实例
3.3 咸阳某煤矿工作面
巷道揭露一古河床冲刷带，煤层从25m变薄至15m，对未来回采会造
成较大影响，需要探明薄煤带的范围。工作面长度1600m。
变薄带 工作面剖面图
三、槽波探测应用实例
3.4 咸阳某煤矿工作面
采用槽波波速层析成像。
较厚煤层
变薄区
变薄区
槽波速度CT成像
三、槽波探测应用实例
cos n an in n sin n
1 1 in n sin n cos n
水平层状介质中Rayleigh型槽波频散方程：
J11 J 21 J 31 J 41 J12 J 22 GN GN 1GN 2 J 32 J 42 ik i 0 i 0 ik G1 2 2 2 2 (2vS 0 k ) 2 0 vS 0 k 0 2 2 2 2 0 2k 0vS 0 0 vS 0 0 (k 0 )
槽波 槽波
Vx60ms快照
Vy60ms快照
二、槽波探测技术新进展
含巷道5m煤厚煤层模型
测线2合成记录
Love槽波
Rayleigh槽波
Vy
Vz
二、槽波探测技术新进展
含巷道5m煤厚煤层模型
测线2合成记录提取频散曲线
3500 3000
0.2 0.25
3500 3000 2500
0.45 0.4 0.35
三、槽波数据处理系统软件开发
2.2 槽波数据处理系统软件开发
槽波技术相对地面地震发展缓慢，新的计算机技术、数据处理技术应
用较少。我们采用类似VISTA地震数据处理软件的设计理念，新开发了一 套基于微机槽波地震数据处理系统。
二、槽波探测技术新进展
2.2 槽波数据处理系统软件开发
该系统包括槽波地震数据的读写与显示、观测系统设计与三维
3.4 咸阳某煤矿工作面
采用槽波波速层析成像。
较厚煤层
变薄区
变薄区
速度转换为煤厚
谢 谢！
一、槽波探测技术概述
1.2 槽波地震勘探原理及方法
原理：
槽波地震勘探是利用在煤层中激发和传播的导波，探查煤层不 连续性。地震波在煤槽顶底板之间来回反射，相互干涉而形成槽
波。
当槽波遇到断层等异常体时能量会减小，通过研究这种变化性 质来探测构造。
一、槽波探测技术概述
1.3 槽波的形成、特性
地震波在煤槽顶底板来回反射，波相互干涉而形成槽波 (inseam waves)， 也称煤层波 。槽波分为瑞雷型槽波（P、SV） 和洛夫型槽波（SH）。
250
300
350
f / Hz
f / Hz
Vy
Vz
二、槽波探测技术新进展
2.4 多层水平层状介质槽波频散方程数值解
水平层状介质中Love型槽波频散方程：
n1n1 (m11 m120 0 ) m21 m22 00
m11 m12 aN aN 1aN 2 m21 m22 a1
震仪庞大、笨重的问题，从小型化、集成化的角度进行设计，井
下施工效率将大大提高，并满足防爆设备的要求。
二、槽波探测技术新进展
2.1.1 仪器设计思路
（1）仪器系统采用“分布式采集、独立存储、集中回收”的思想，实现矿井地 震波信号的采集、存储及数据的集中回收。 （2）系统采用32位ARM芯片、结合24位A/D、SD卡海量存储技术等构建嵌入式硬
勘探设备，先后在全国70多个煤矿进行过槽波地震的探测工作，
槽波地震勘探一度作为煤炭部重点推广项目。
一、槽波探测技术概述
1.1 槽波勘探历史
90年代中期后，随着地面煤矿采区三维地震勘探技术的发展与 成熟，槽波地震勘探技术在我国的发展陷入一个低潮，其中很重 要的原因一是煤炭行业的不景气，二是地面三维地震的兴起，三 是勘探施工复杂。
采用槽波能量成像，成像效果很好，十分直观，成像结果和原 来揭露较为吻合。
凹陷积水区 切眼推进区
揭露陷落柱
三、槽波探测应用实例
3.2 朔州另一煤矿工作面
根据反射槽波、槽波波速CT成像和小波分析，结合工作面推进 素描图综合推断，最终工作面内部解释了XL1和XL2两个陷落柱，得 到验证。
钻探推测陷落柱
小波分析 槽波波速成像及揭露
一、槽波探测技术概述
1.5 槽波地震勘探方法
槽波透射法：炮点与检波点 布置在采区周围巷道内，根据槽 波的有无、强弱判断构造异常。最常用、精度高。
槽波透射法勘探示意图
一、槽波探测技术概述
1.5 槽波地震勘探方法
槽波反射法：炮点与检波点布置在同一巷道内，利用的是反射槽波。 如果槽波在煤层中传播遇到了不连续体, 就会产生反射槽波信号。最大 优点是可以在一条煤巷中向两侧进行小构造的探测。
s-1) V / (m·
Βιβλιοθήκη Baidu
2500
s-1) V / (m·
0.3
2000 1500 1000
0.15
Love槽波
0.1
2000 1500 1000
0.25 0.2 0.15
0.05
500
500
Rayleigh槽波
50 100 150 200 250 300 350
0.1 0.05
50
100
150
200
多层水平层状介质剖面图
二、槽波探测技术新进展
2.4 多层水平层状介质槽波频散方程数值解
Love型槽波频散曲线
含夹矸四层水平层状介质
二、槽波探测技术新进展
2.4 多层水平层状介质槽波频散方程数值解
Love型槽波振幅分布：决定接收位置
含夹矸四层水平层状介质
基阶槽波 一阶槽波
三、槽波探测应用实例
3.1 朔州某煤矿工作面
动态范围：优于120dB；
工作时间：不小于8小时（电池供电），支持定时开关机； 防爆类型：本质安全型，防爆标志ExbiI。
二、槽波探测技术新进展
2.1.3 仪器样机
有线或无线网络
数据采集站
. . .
交换机 地面控制中心
数据采集站 .
. .
数据采集站
二、槽波探测技术新进展
2.1.4 仪器对比实验
与国外地震仪采集结果对比 三分量MEMS检波器
件平台。
（3）可实现单站3通道信号采集，各仪器之间利用GPS信号以及高精度时钟芯片 实现时间的精确同步。 （4）采用当前先进的MEMS震动传感器。
二、槽波探测技术新进展
2.1.2 仪器指标
带道能力：单站3道（三分量）或单分量； 采集分辨率：24位A/D； 采样间隔：0.25ms，0.5ms，1ms，2ms，4ms可选； 放大倍数：0~64倍可选； 本底噪声：不大于1uV（有效值）；
槽波探测技术新进展及应用实例
汇报人：姬广忠
中煤科工集团西安研究院物探研发中心
2013年8月
汇报提纲
槽波探测技术概述 槽波探测技术新进展
槽波探测应用实例
一、槽波探测技术概述
1.1 槽波勘探历史
煤矿井下槽波地震技术具有完整的理论基础， Evison于1955 年在新西兰煤矿首次发现煤层间的波导现象，1963年德国 Krey 从理论和实践中证明了煤层中槽波的存在。槽波的大规模研究始 于上个世纪70年代中期。 1985年中煤科工集团西安研究院从德国引进全套技术及井下
槽波的形成原理示意图
一、槽波探测技术概述
1.4 槽波探测方法的用途及优势
用途：槽波地震勘探可以探查小断层、陷落柱、煤层分叉与变薄带及
废弃巷道等地质异常。 优点：具有探测距离大、精度高、抗干扰能力强、波形特征较易于识 别以及最终成果直观的优点， 尤其在探测精度和距离上优于其他煤矿井 下勘探方法，传播距离理论上达煤层厚度的300倍，是目前最有效的探测 方法之一。 目前我们接收到的槽波，4.5m煤厚最大距离为800m，25m煤厚最大接 收距离1600 m，迄今为止接收到的传播最远的槽波。
槽波透射法勘探示意图
一、槽波探测技术概述
1.6 目前槽波技术缺陷
道数少；
设备笨重、施工过于复杂，矿方不乐于应用；
软件与技术发展滞后等问题，槽波技术90年代发展停滞， 这几年才又兴起，软件与技术没有与时俱进。
二、槽波探测技术新进展
2.1 矿井自记式地震仪研制
矿井自记式无缆遥测地震仪：不用大线、主机、电瓶等，单站 三道或单道，轻便，可无限道扩展。施工方式和以前不同。 甩掉主机、大线，省去布线、查道等繁琐的工作，回避常规地
二、槽波探测技术新进展
2.3 三维槽波数值模拟
波场模拟可以研究波场传播规律、波场特性。以前主要为二维 模拟，三维较少，巷道边界不易处理。
采用技术：
三维巷道边界处理算法
交错网格高阶有限差分 PML吸收边界算法
64位高端微机，应用多线程技术，适用于微机运行
二、槽波探测技术新进展
含巷道5m煤厚煤层模型
可视化显示、常用的地震数据预处理以及针对槽波地震数据的一 些专用处理模块，能够轻松、方便地对槽波地震数据从交互分析、
预处理、到处理解释等的一体化工作。
同时加入了小波分析、时频分析、多种CT成像、多层介质槽波 频散曲线计算等用于槽波处理的新技术，能够取得很好的成像效
果。
二、槽波探测技术新进展
2.2 槽波数据处理系统软件开发