节点式无缆地震仪在下槽波地震勘探中的应用

节点式无缆地震仪在下槽波地震勘探中的应用

0槽波勘探的优点所谓海沟波地震勘探，是利用导波在煤层中激发和传播，调查煤层连续性的地球物理方法的应用。槽波地震勘探可以探查陷落柱、煤层分叉与变薄带、小断层、充水采空区及老窑巷道等地质异常,具有探测精度高、距离远、抗干扰能力强、波形易于识别以及成果直观等优点,尤其在探测精度和探测距离上优于其他矿井勘探方法,是目前煤矿井下物探有效的探测方法之一。目前槽波勘探的方法有多种,其中反射法是一种安全有效的探测方法,在国内外许多矿区都得到了广泛的应用。此次赵固一矿16011工作面为我国现代化大型矿井工作面,工作面煤厚5.5~6.1m,分布较为稳定,巷道沿顶板掘进,高度3.5m,整体地质构造较复杂,总体呈单斜构造,上顺槽靠近切眼区域大量出水。为了给16011工作面的相邻工作面圈定提供安全保证,需要探明该工作面外的异常区域,如小断层、其他异常地质构造等。本文采用反射槽波勘探技术,对16011工作面外未开采区域的地质异常区进行探测,并对效果进行评价,为后续回采工作提供指导和参考。1槽波地震勘探技术1.1不连续体的反射槽波信号目前常用的槽波勘探法有槽波反射法、槽波透射法、联合勘探法等方法,本次探测使用方法为槽波反射法。当正在煤层中传播的槽波遇到了煤层中的不连续体,即遇到了地震波的波阻抗(速度和密度差异)的分界面,就会产生反射槽波信号。因此,准确地识别出这些反射槽波信号就能直接分析出煤层不连续体的相关信息。槽波勘探反射法示意图如图1所示,炮点与检波器布置点在巷道同一侧,检波器通过放炮时采集发射震动信号并分析断层位置。槽波反射法的最大优点是可以在一条煤巷中探测两侧煤层中的小构造,该方法对煤矿的高效安全开采实用价值特别大,所以它是槽波地震探测技术的重要部分。1.2槽波ct技术的原理槽波CT技术是根据计算机分析处理煤层或巷道横断面的一系列投影数据,并最终得到横断面的图像,从而得到煤层或巷道内各物质物性的信息的确切位置,因此槽波CT技术是一种断层扫描的技术,也是一种由数据到图像的重建技术。地震CT(层析成像)是一种通过分析数据来观测地震波的运动学和动力学特征,是获得槽波路径上介质信息的主要手段。根据不同的研究目的和需求,可以利用人工地震方法或借助于天然地震方法来获得不同条件的地下介质的分层或构造图像。2槽波地震勘探方案2.1顺槽巷道环境特点本次勘探工作所在的16011工作面水文地质条件较复杂。工作面北部有一地面钻孔54-4探测煤厚7.26m,工作面东侧687m处地面钻孔11202探测煤厚6.85m,工作面西侧1608m处地面钻孔5202探测煤厚3.93m。煤层赋存稳定,产状为S30~500W∠3°~7°,煤层结构简单。煤体结构为原生结构煤,断层附近会存在少量碎粒煤。L16011工作面上顺槽施工条件也较为复杂,巷道里端迎头通尺为950m,支护较差,部分地段有明显冒顶、底鼓、片帮等现象,并且有大段巷道被积水淹没;通尺0~200m巷道为U型钢支护,帮上无锚杆锚索;其余巷道帮上均有锚杆锚索;通尺200~350m巷道急剧抬高、为陡坡段(断层);通尺720~950m巷道底板被积水淹没。其中720~770m巷道底板积水较深,行人无法正常通过(约1m深);770~950m巷道虽被积水淹没,但积水较浅、具备行人条件;通尺720m处巷道中央布置有水泵,排水;巷道里端出水量较大(300m2.2井地震仪观测系统本次槽波地震勘探采用中煤科工集团西安研究院有限公司自主研发的矿用本安型YTZ3矿井地震仪,该系统具有便携、安装方便、精度高等特点。方案共设计炮点20个,炮间距20m,药量300g;采集道数共39道,道间距10m;测线起始点为上顺槽通尺330m,终止点为通尺720m。观测系统设计如图2所示,所有检波器G3数据收集和分析3.1速度为0.b如图3是整理后得到的第23炮槽波波形记录,在原始数据中就可看出速度为1100m/s的直达槽波能量团的下方,有一条明显的与之平行的能量团,就像“双眼皮”一样,速度为1000m/s。由于高阶槽波的影响,中间有异常区域,但是由于没有叠加效应,异常分布的区域很广,且比较平均。可以认为,这是由于高阶槽波的存在而造成的假异常。但是在第3、11等炮上,有疑似反射波存在。如图4、图5所示中指出部分,这些道的视速度低于900m/s。因此是高阶槽波的可能性不大,更可能是反射槽波。3.2槽波能量的ct成像技术由于槽波是一种沿煤层传播的导波,因此煤层中的局部区域与其他区域之间若存在物性差异,就会导致经过这一区域的槽波在波速或能量上发生差异。基于槽波能量的CT成像技术正是利用这一原理,根据每条槽波射线的能量情况,反演出工作面内煤层的物性参数,对工作面中的煤层进行成像。利用上顺槽数据进行成像,成像结果如图6,其中椭圆标注以内为异常区域,其余为正常煤层。从图3、图4上顺槽成果中可以看出,探测区域内有相对明显的异常区域。位置大概在S4顺槽内断层厚的断层(1)16011工作面上顺槽探测区域内,无落差大于1/2煤厚的断层,无直径大于Ф20m的陷落柱。(2)16011工作面上顺槽探测区域内,查明了一条落差2~3m的断层,无直径大于Ф20m的陷落柱。(3)探测区域内无其他明显地质构造。5利用数据处理取得的应用效果(1)保证了资料的高保真度、高信噪比和高分辨率,确保了资料处理中“三高”的要求。探清了16011工作面反射法槽波探测区域的构造情况,可以分析出由于高阶槽波的存在而造成的假异常,取得了较好的应用效果。(2)通过软件处理完成剔道、速度分析、宽频滤波、初至拾取等基础工作,并最终实现CT成像,但由于探测区域