地质探测仪超前探测技术应用

地质探测仪超前探测技术应用第一页，共七十八页，2022年，8月28日主讲内容1、MSP系统简介2、现场施工和注意事项3、数据处理和解析4、具体应用案例分析第二页，共七十八页，2022年，8月28日MSP系统简介 MSP系统以本安型KDZ1114-6B30巷道地质探测仪为中心，仪器采用先进电子技术与嵌入式操作系统，保证了地震数据的高保真获取，同时配备有专业的MSP2.0数据处理平台，该软件提供了丰富的的地震数据管理、显示与核心处理功能。第三页，共七十八页，2022年，8月28日MSP系统简介第四页，共七十八页，2022年，8月28日MSP系统简介 MSP系统能够解决的地质问题：

本系统主要用于超前探测巷道掌子面前方地质构造，包括断层、陷落柱、采空区、软弱破碎带等，进行及时的地质预测预报，为解决矿井巷道在开拓的过程中遇到的生产技术和施工安全问题，提供相关的技术支持和保障。第五页，共七十八页，2022年，8月28日MSP系统简介

具体地讲，在炸药震源条件下可以用于矿井巷道掌子面前方的200米范围内的不良地质体的预测预报，在锤击震源条件下可以用于矿井巷道掌子面前方的80-100米范围内的不良地质体的预测预报，给矿井巷道掘进施工提供依据，避免掘进的盲目性和地质灾害的发生。第六页，共七十八页，2022年，8月28日MSP系统简介

MSP工作原理 MSP技术基于反射波地震勘探原理，利用矿井巷道空间布置激发点和接收点，所激发地震波在传播过程中遇到波阻抗差异时（如破碎带，煤岩界面等）将产生反射波。利用仪器记录反射波信号，通过专业软件进行处理分析便可以得到相关的地质异常体的反射界面。第七页，共七十八页，2022年，8月28日MSP系统简介第八页，共七十八页，2022年，8月28日MSP系统简介MSP技术的地球物理学基础

煤系地层是层状分布的，当地层中存在不良地质体时，介质间存在弹性差异，这为反射波的产生和传播提供了良好的物理前提。第九页，共七十八页，2022年，8月28日MSP系统简介斯奈尔定律（反射系数）

地震波在传播过程中遇到上下介质存在波阻抗不同的界面时会产生发射波。波阻抗就是介质的密度ρ和地震波在介质中传播的速度v的乘积。假设煤层的密度为ρ1，地震波在煤层中传播的速度为v1，岩层的密度为ρ2，地震波在岩层中传播的速度为v2，则煤层的波阻抗为ρ1v1，岩层的波阻抗为ρ2v2。产生反射波的条件是ρ1v1≠ρ2v2。反射系数R的表达式为：

第十页，共七十八页，2022年，8月28日MSP系统简介反射波

正如斯奈尔定律所言，地震波在地下岩层传播时遇到波阻抗不同的界面时地震波会反射回来，这反射回来的波就称为反射波。第十一页，共七十八页，2022年，8月28日MSP系统简介巷道周边界面反射波时距曲线规律：（1）巷道迎头前方地质异常界面的反射波在时距曲线表现出负视速度特征；测线上前后置接收点时距曲线特征相似，均表现出负速度特征。第十二页，共七十八页，2022年，8月28日MSP系统简介（2）在巷道中布置测线时，受全空间影响，在巷道已揭露的后方存在的界面同样会产生反射波。其反射波在前置检波器和后置检波器上均表现为正视速度特征。（3）巷道侧帮界面，其中后置传感器曲线在巷道空间中的有效反射波同相轴表现为正视速度而前置传感器曲线有效反射波却表现出负视速度特点。第十三页，共七十八页，2022年，8月28日MSP系统简介

综上所述，巷道前方界面反射波与周边其它界面具有明显视速度差异，巷道前方界面表现为负视速度，而巷道后方与侧面界面表现为正视速度，这为有效识别和提取目的界面，即巷道迎头前方的界面提供有利条件。第十四页，共七十八页，2022年，8月28日MSP系统简介第十五页，共七十八页，2022年，8月28日现场施工和注意事项观测系统布置

不同的地震勘探技术方法，地震波的一次激发与接收过程中，激发点与对应的接收点必须按照一定的关系、规律来布置，这种激发点和接收点的相互关系称为观测系统。

第十六页，共七十八页，2022年，8月28日现场施工和注意事项

MSP地震数据采集是在特定的观测系统下进行的，利用矿井巷道狭长且空间有限的特点，MSP将激发点和接收点均布置于巷道侧帮，采用“一炮双收”的方式接收地震波，多个炮点顺序激发。第十七页，共七十八页，2022年，8月28日现场施工和注意事项 MSP的观测系统主要有双检波器异侧后置、双检波器前后置和双检波器同侧后置三种。第十八页，共七十八页，2022年，8月28日现场施工和注意事项坐标系第十九页，共七十八页，2022年，8月28日现场施工和注意事项第二十页，共七十八页，2022年，8月28日现场施工和注意事项多分量多波地震勘探技术

由于地震波是以矢量形式在地下传播的，采用多分量接收方式，可以接收到多种类型的波动（纵波、转换横波等），这为研究地震波的动力学特征及地下介质弹性参数提供了新的信息和手段。第二十一页，共七十八页，2022年，8月28日现场施工和注意事项

由于在巷道掘进条件下，来自各个方向地质界面的反射信息较多，因此利用多波多分量勘探技术可以增强对地质体的判定精度。

多波多分量地震勘探技术，就是采用多分量接收，综合利用纵波、横波和转换波等多种地震波信息，实现改善构造成像、进行岩性分析、提高解释精度等目的的地震技术。第二十二页，共七十八页，2022年，8月28日现场施工和注意事项

多分量勘探时巷道现场多采用三分量装置形式，即分X、Y、Z三个方向将检波器安装在巷道帮上（或钻孔内），这样得到的信息会更加丰富，并通过波场分离技术进行处理。第二十三页，共七十八页，2022年，8月28日现场施工和注意事项

检波点和震源点的选择（锤击震源）

原始数据是数据解析的基础，原始数据的质量决定最终处理结果的可靠程度。而检波器的布置点和震源的选择决定了原始数据质量的好坏。第二十四页，共七十八页，2022年，8月28日现场施工和注意事项检波器和检波点的选择

目前MSP系统配备的三分量检波器主要有两种，一种是外挂式三分量检波器，另外一种是孔中三分量检波器。实际探测过程中要根据巷道的不同的探测条件来选择相应的检波器。

第二十五页，共七十八页，2022年，8月28日现场施工和注意事项外挂检波器和孔中检波器的适用条件

外挂式三分量检波器主要适用于巷道两帮较为密实且片帮、破碎带较少的煤巷及同样条件锚网支护的岩巷。

孔中三分量检波器主要适用于两帮较为破碎的煤岩巷。第二十六页，共七十八页，2022年，8月28日现场施工和注意事项

检波器的布置方法

外挂式三分量检波器

在煤巷和岩石硬度较小的岩巷中在巷道一帮迎头退后20m左右的位置选择较为密实的地方砸入两根钢钎或选择锚固条件较好的两根金属锚杆，利用高强磁头将检波器吸附在上面。第二十七页，共七十八页，2022年，8月28日现场施工和注意事项

在岩石硬度较大的岩巷中则选择锚固条件较好的两根金属锚杆，利用高强磁头将检波器吸附在上面。

两个检波点之间的距离一般在1.5m-2m左右，检波器在布置时要保持Y轴坐标方向始终垂直指向巷道顶板方向。第二十八页，共七十八页，2022年，8月28日现场施工和注意事项孔中检波器的布置方法

在巷道一帮迎头退后20m左右位置选择相对密实没有片帮的两个点利用风钻和65mm钻头布置两个上倾5度左右，孔深1.5m左右的检波孔。两个检波孔的间距同样是1.5m-2m左右。（注意检波孔施工好后要将检波孔中的碎石和积水清理干净）第二十九页，共七十八页，2022年，8月28日现场施工和注意事项震源点选择

在锤击震源条件下，第一个震源点到最近检波点的距离一般在2m-3m左右，震源点间距在1m左右。锤击点要选择较为密实没有片帮的位置，锤击过程中如果遇到锤击条件不好的地方可以适当上下左右移动一下锤击点位置，并做好相应的记录。探测过程中保证锤击的力度同时不能出现颠锤现象。第三十页，共七十八页，2022年，8月28日现场施工和注意事项炸药震源条件下检波点和震源点的布置第三十一页，共七十八页，2022年，8月28日现场施工和注意事项第三十二页，共七十八页，2022年，8月28日现场施工和注意事项仪器参数设置

最重要的几个参数

触发方式：选择外触发

检波器类型：三分量

检波器个数：2个

采样间隔：25*8us或13*8us

采样点数:2048

道通增益：24、36、48（根据波形振幅变化情况随时调整）第三十三页，共七十八页，2022年，8月28日采样时长=采样间隔*采样点数探测距离=采样时长*波速/2第三十四页，共七十八页，2022年，8月28日现场施工和注意事项如何辨别有效波形第三十五页，共七十八页，2022年，8月28日数据处理和解析第三十六页，共七十八页，2022年，8月28日数据处理和解析带通滤波第三十七页，共七十八页，2022年，8月28日数据处理和解析振幅调整第三十八页，共七十八页，2022年，8月28日数据处理和解析反射波提取第三十九页，共七十八页，2022年，8月28日深度偏移第四十页，共七十八页，2022年，8月28日数据处理和分析结果分析

波形数据和深度偏移数据对比第四十一页，共七十八页，2022年，8月28日数据处理和解析

同次探测不同分量探测结果对比第四十二页，共七十八页，2022年，8月28日数据处理和解析

不同分析结果图对比第四十三页，共七十八页，2022年，8月28日数据处理和解析

多次跟踪探测结果对比第四十四页，共七十八页，2022年，8月28日具体应用案例分析

下面结合具体应用案例，分别应用以上数据处理方法，对MSP在不同条件下的应用案例分别进行具体分析。第四十五页，共七十八页，2022年，8月28日具体应用案例分析MSP技术在鹤煤十矿1504底抽巷中的应用地质概况： 1504底板抽放巷位于15采区中部，巷道沿二1煤层底板C2L8灰岩掘进，上距二1煤层底板32米左右，岩性从下至上为灰岩、泥岩及砂质泥岩，该巷道向前掘进将穿过三维地震预测的F1061断层，此次探测主要是为探明F1061断层是否存在。第四十六页，共七十八页，2022年，8月28日具体应用案例分析震源方式：锤击震源检波器类型：孔中三分量检波器巷道性质：沿C2L8灰岩顶板掘进巷道条件：锚网支护巷道两帮局部岩层片帮、破碎现象。第四十七页，共七十八页，2022年，8月28日具体应用案例分析偏移成像结果和原始波形预处理对比第四十八页，共七十八页，2022年，8月28日具体应用案例分析探测结果与实际揭露情况对比R1R2R3R4第四十九页，共七十八页，2022年，8月28日具体应用案例分析

（1）巷道掘进迎头前方13米揭露一条落差4米左右的正断层；（2）巷道掘进迎头前方52米揭露一条落差50米左右的正断层，经综合分析为F1061断层；（3）巷道掘进迎头前方75米岩性为泥岩，较破碎；（4）巷道掘进迎头前方104米左右揭露一条落差6米左右的正断层。第五十页，共七十八页，2022年，8月28日具体应用案例分析探测异常界面位置实际揭露情况R1位于迎头前方15m左右位置迎头前方13米揭露一条落差4米左右的正断层R2位于迎头前方44.5-47m左右位置迎头前方52米揭露一条落差50米左右的正断层R3位于迎头前方73-75m左右位置迎头前方75米岩性为泥岩，较破碎R4位于迎头前方97-101m左右位置迎头前方104米左右揭露一条落差6米左右的正断层第五十一页，共七十八页，2022年，8月28日具体应用案例分析MSP技术在云盖山一矿行人暗斜井超前探测中应用地质概况：

该巷道布置在二1顶板上方15m左右层位，岩性主要为砂岩、砂质泥岩，岩层倾角17度左右，探测区域地质条件中等。第五十二页，共七十八页，2022年，8月28日具体应用案例分析震源方式：锤击震源检波器类型：外挂式三分量检波器巷道性质：沿顶板掘岩巷两帮条件：锚网支护巷道两帮整体较为完整，局部有片帮现象。第五十三页，共七十八页，2022年，8月28日具体应用案例分析不同分量探测结果图对比第五十四页，共七十八页，2022年，8月28日具体应用案例分析探测结果与实际揭露结果的对比R1R2第五十五页，共七十八页，2022年，8月28日具体应用案例分析对应异常界面位置实际揭露情况（1）在探测位置前方32m左右位置揭露一条落差0.5m左右断层；（2）在探测位置前方47m左右位置揭露一条落差10m左右断层。第五十六页，共七十八页，2022年，8月28日具体应用案例分析探测异常界面位置实际巷道揭露情况其中R1距离迎头前方31~53m左右在探测位置前方32m左右位置揭露一条落差0.5m左右断层探测位置前方47m左右位置揭露一条落差10m左右断层R2界面位于迎头前方82m~85m左右探测位置前方83m左右揭露一条比较大的裂隙第五十七页，共七十八页，2022年，8月28日具体应用案例分析MSP技术在平煤七矿22090机巷超前探中应用

地质概况：

该巷道布置在庚20煤层中，煤层倾角5°～24°平均15°，煤层厚度1.0～，探测区域总体地质条件较为简单，小断裂构造较发育。第五十八页，共七十八页，2022年，8月28日具体应用案例分析震源方式：锤击震源检波器类型：外挂式三分量检波器巷道性质：沿顶板掘进煤巷两帮条件：锚网支护巷道两帮煤层较密实第五十九页，共七十八页，2022年，8月28日具体应用案例分析两次跟踪探测前后对比第六十页，共七十八页，2022年，8月28日具体应用案例分析探测结果与实际揭露情况对比R1R2R3R4第六十一页，共七十八页，2022年，8月28日具体应用案例分析对应异常界面位置实际揭露情况（1）V6+46.6m左右揭露一条落差0.2m左右断层；（2）V6+56m，V6+61m左右分别揭露一条落差0.3m左右断层；（3）V6+84.4m左右揭露一条落差1.4m左右断层；（4）V6+104.6m左右煤层起伏。第六十二页，共七十八页，2022年，8月28日具体应用案例分析探测异常界面位置实际巷道揭露情况R1位于V6点前方47-50m左右位置V6+46.6m左右揭露一条落差0.2m左右断层R2位于V6点前方56-65m左右位置V6+56m，V6+61m左右分别揭露一条落差0.3m左右断层R3位于V6点前方84-87m左右位置V6+84.4m左右揭露一条落差1.4m左右断层R4位于V6点前方105-115m左右位置V6+104.6m左右煤层起伏第六十三页，共七十八页，2022年，8月28日具体应用案例分析MSP技术在平煤十三矿14010机巷超前探中应用地质概况：

该巷道布置在己15煤层中，煤层厚度3.2m左右，存在一层夹矸，煤层起伏较大，小断层构造较为发育。第六十四页，共七十八页，2022年，8月28日具体应用案例分析震源方式：锤击震源检波器类型：外挂式三分量检波器巷道性质：沿顶板掘进煤巷两帮条件：锚网支护巷道两帮煤层较密实第六十五页，共七十八页，2022年，8月28日DAP结果图和DCP结果图对比第六十六页，共七十八页，2022年，8月28日具体应用案例分析探测结果与实际揭露结果的对比R2R1R2R1第六十七页，共七十八页，2022年，8月28日具体应用案例分析对应异常界面位置实际揭露情况（1）R1位置对应为巷道揭露情况为煤层坡度变化；（2）R2位置对应巷道揭露情况为煤层起伏。第六十八页，共七十八页，2022年，8月28日具体应用案例分析探测异常界面位置实际巷道揭露情况R1位于迎头前方12-17m左右位置R1位置对应为巷道揭露情况为煤层坡度变化R2位于迎头前方43-50m左右位置R2位置对应巷道揭露情况为煤层起伏第六十九页，共七十八页，2022年，8月28日具体应用案例分析MSP