礦井遠距離超前探測系統(tǒng)與應用研究.pdf

1、不良地質(zhì)體是煤礦井下工作面掘進和回采過程中的隱蔽致災地質(zhì)因素。不良地質(zhì)體主要是指采空區(qū)、廢棄巷道、斷層、裂隙、陷落柱、瓦斯富集區(qū)、導水裂縫帶、含水體及井下火區(qū)等。這些地質(zhì)體是誘發(fā)煤與瓦斯突出、突水、冒頂、片幫等事故的地質(zhì)因素，因此，煤礦應結(jié)合實際情況開展隱蔽致災地質(zhì)因素普查，排查安全隱患。目前使用最先進的三維地震等地面物探手段，也難以可靠地查明煤礦采空區(qū)和煤層小構(gòu)造，故開展井下地震勘探儀器和方法的研究十分必要。
　　礦井地震的研究

2、主要面臨三個方面的難點:第一，與地面地震勘探相比，礦井地震前人研究較少，對煤質(zhì)的速度、密度等巖石物理信息了解不深，加大了資料處理和解釋的難度;第二，礦井施工環(huán)境受限，特別是突出煤層中爆破作業(yè)更是受到嚴格的安全限制，必須在進風側(cè)反向風門之外的全風壓通風的新鮮風流中或避難硐室內(nèi)進行遠距離爆破，目前國內(nèi)沒有現(xiàn)成的具有防爆和遠程控制功能的礦井地震儀器;第三，隧道地震超前探測資料處理采用Radon變換消除了側(cè)幫波場，而礦井地震研究中側(cè)幫地震信息也

3、至關(guān)重要，如何精確的分離超前和側(cè)幫波場，分別對其偏移成像綜合研究實現(xiàn)一次探測數(shù)據(jù)同時解決超前和側(cè)幫探測的問題也是礦井地震面臨的一個重大課題。
　　本文使用了巖石物理實驗的方法輔助研究了礦井地震探測，采用脈沖透射法測試了沁水煤田陽泉礦區(qū)煤質(zhì)的速度，測試過程中使用了不同頻率的超聲波換能器。了解了沁水煤田陽泉礦區(qū)煤質(zhì)超聲條件下的速度特性，為地震正演和資料處理解釋提供了參考依據(jù)。
　　推導了二維各向同性介質(zhì)中的波動方程，研究了有限差

4、分法的數(shù)值模擬方法，并利用該方法對煤礦常見的斷層、陷落柱和采空區(qū)三種不良地質(zhì)體進行了數(shù)值模擬研究。數(shù)值模擬采用雷克子波作為震源子波，邊界處理使用PML邊界，波場快照直觀地反映了地震波在斷層、陷落柱和采空區(qū)中的傳播規(guī)律和相應特征，為礦井地震資料解釋提供了參考依據(jù)。
　　煤礦安全規(guī)程對突出煤礦井下放炮有嚴格的限制，目前國內(nèi)沒有可用于礦井的地震探測儀器。在對國內(nèi)外地震超前探測儀消化吸收基礎上，開發(fā)了用于有煤塵和瓦斯存在的煤礦井下，具有遠

5、程控制功能、防爆防水防塵、功耗低穩(wěn)定性高的特點，符合《煤礦安全操作》要求的礦井地震儀器，在遠程控制礦井地震超前探測的技術(shù)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)了突破，滿足了煤與瓦斯突出工作面無人化采煤技術(shù)發(fā)展的需求。
　　推導了礦井地震資料各方向波場的時距曲線，分析了其時距曲線的規(guī)律，加深了對礦井地震波傳播特性的認識，針對礦井空間受限和地質(zhì)條件的復雜情況，優(yōu)化設計了觀測系統(tǒng)。并分析了典型的礦井劣質(zhì)地震剖面，研究了其產(chǎn)生機理和改進方法。
　　使用Radon