矿井物探方法

矿井物探方法北京中矿大地地球探测工程技术有限公司

1 矿井物探方法简介

1.1常用矿井物探方法

矿井物探常用方法主要包括：

1、地震槽波；

2、无线电波透视法；

3、直流电法；

4、瞬变电磁法；

5、音频电透视法；

6、全波形反演技术。

1.2 各类方法应用范围

1、工作面断层、陷落柱等异常地质构造及煤层夹矸、煤岩破碎带、煤厚变

化等常规物探探测：地震槽波、无线电波透视法。

2、工作面水害探测：瞬变电磁法、直流电法或音频电透视法。

3、巷道掘进迎头构造探测：地震槽波。

4、巷道掘进迎头水害探测：瞬变电磁法、直流电法。

5、工作面顶底板起伏、煤厚变化、断层、陷落柱等异常地质构造精准探测：全波形反演。

2 地震槽波勘探技术

2.1 原理及探测方法

煤、岩层的密度和弹性波速度差异：煤层<顶、底板围岩。在煤层中激发的地震波大部分能量在煤层顶、底界面之间来回反射并干涉，从而形成一种特殊的地震波——槽波。

图 1 槽波勘探原理示意图

图 2 透射槽波勘探法

图3反射槽波勘探法

图4透射+反射联合勘探法

图5 槽波超前探测

2.2 应用范围及特点

1、工作面内：（透射槽波勘探、反射槽波勘探、透射加反射槽波勘探）

（1）煤层中的构造如褶曲、断层、陷落柱等；

（2）煤层赋存情况，如薄厚变化、夹矸厚度变化；

（3）老窑、采空区影响范围；

（4）侵入岩等非煤物质的延伸范围；

（5）煤层破碎、剥蚀带分布等。

2、巷道两侧：（反射槽波勘探）

（1）煤层中的构造如褶曲、断层、陷落柱等；

（2）老窑、采空区影响范围。

3、巷道掘进迎头：（槽波超前探测）

（1）煤层中的构造如褶曲、断层、陷落柱等；

（2）老窑、采空区影响范围。

2.3 槽波观测系统设计

1、覆盖要均匀

尤其是透射能量层析成像，不均匀的覆盖会对结果造成误导。

2、覆盖次数要合理

覆盖次数太少、信息量少、结果准确性差；覆盖次数太多导致施工工作量过大，且效果增加不明显。

3、利用尽可能多的巷道

探测工作面内构造时，尽可能在可利用的巷道内都布设炮点及检波点。2.4 透射槽波反演方法

1、振幅反演（衰减系数成像）

滤波、拾取振幅（几何扩散校正后）、衰减系数成像。

特点：①工作量相对较小、计算快；②反演结果精度较低。。

图 5 透射槽波振幅反演成像图

2、走时反演（速度成像）

滤波、拾取每道的速度、速度反演成像。

特点：①反演结果精度更高；②工作量大、对原始数据质量要求较高、计算慢。

图 6 透射槽波走时反演成果图

2.4 反射槽波反演方法

速度叠后偏移成像主要包括滤波、速度分析、克希霍夫偏移成像。

特点：①对于较大型的与测线夹角过大的反射界面反应不明显；

②对于断层断距较小的断层反应不明显；

③测线两端由于覆盖次数很少，误差较大。

图7 速度叠后偏移成像图

2.5 准备工作

为了地震采集系统能够正常工作，环境噪声满足数据采集要求，同时选择合适的炸药量以便采集到良好的地震数据，在正式施工前，需要进行选择仪器并进行地震槽波试验工作，主要内容有：

1、选择合适仪器及下井前检测；（如YTC12分布式地震槽波仪及合适频率的检波器、下井前仪器及检波器检测）；

2、采集参数选取（采样时间和采样率、滤波设置等）；

3、环境噪声监测；

4、试验炮点数据检测（选择合适的激发能量）；

2.6 施工及数据处理

1、仪器运输：先将各设备运输至待探测工作面（具体位置按设计安排）；

2、仪器授时：将各采集站、触发记录仪统一授时；

3、设备布设：在本煤层的同侧或者另一侧的巷道侧壁布置检波器和采集站，将采集的的信号存储至内置SD卡；

4、打钻放炮：在井下煤层一侧巷道侧壁钻孔中激发瞬发雷管，产生的冲击震动信号，同时触发记录仪记录雷管起爆时间；

5、数据处理：利用数据处理软件对信号进行处理、分析，进行CT成像、速度成像，获得煤层中各种地质构造的分布位置、走向、大小及煤厚变化等信息。

2.7 使用仪器

地震槽波勘探推荐采用北京中矿大地地球探测工程技术有限公司自主研发的分布式无缆槽波地震仪（YTC12，如下图所示）。该设备基本原理是在勘探工作面上按照一定的道间距埋入敏感于振动信号的检波器阵列，检波器通过电缆连接于各采集站，每个采集站连接4个检波器，采集站采集检波器阵列的地震槽波数据并保存在采集站的存储器中。

图8 分布式无缆地震槽波仪（YTC12）

检波器采用锚杆连接的方式进行数据采集。分布式采集站状态正常情况下，按动采集功能按钮，开始记录数据，并存储至内部存储器。当通过爆炸产生人工地震震动时，触发记录器通过检波器的振动自动记录震源触发时间并存储。

井下采集完毕后，将各设备运送至地面，利用主控机将采集站存储的数据记

录通过网络通讯传输至主控机，然后按照触发记录仪各炮点起爆时间将原始数据切割成处理所需记录文件以便于分析处理。

该设备具有性能稳定、携带轻便等诸多特点。其主要技术指标如下：

1、系统整体使用环境：

工作温度：0℃～＋50℃；

相对湿度：≤98%RH（＋25℃）；

大气压力：86KPa～106KPa；

贮存温度：﹣40℃～＋60℃。

2、主要技术参数：

表1YTC12地震槽波仪技术参数