[发明专利]一种煤矿井下支护过程中的槽波地震立体超前探测方法

说明书

技术领域

本发明涉及井下掘进地质超前探测技术领域。

背景技术

现有技术中，进行超前探测的方法主要有TSP（Tunnel SeismicPrediction）及其变种方法，陆地声纳法等。

TSP在隧道超前预报是比较常用的地震波超前探测法，但由于观测条件的限制以及岩体内不同方向的反射，使之在解释与判别方面遇到了很大的困难，进口设备的一次性投入过大使该方法实施超前探测的成本太高，实际应用有一定局限性。其最大缺点是需要在施工期间停止工作，进行放炮激发地震波。停止工作会影响生产，而利用炸药震源，炮孔施工复杂，有一定安全风险，且炸药震源激发的地震波只是单一方向为主，信息量少，波场成像受噪声影响较大，效果较差。

陆地声纳法(也叫高频地震反射法)，其实质是垂直地震波反射法，该方法在隧道掌子面上采用极小偏移距，单点采集高频地震反射信号形成连续剖面，通过十字形观测系统和宽频带脉冲接收技术，预报掌子面前方断层及其它地质界面的位置和产状。陆地声纳法优点是分辨率较高，其缺点需占用掌子面，影响生产。

以上超前探测技术在煤矿井下进行探测时，探测距离近，效果差，异常范围多。

槽波地震勘探是利用在煤层（作为低速波导）中激发和传播的导波、以探查煤层不连续性的一种新的地球物理方法。当煤层中激发的体波包括纵波与横波，激发的部分能量由于顶底界面的多次全反射被禁锢在煤层及其邻近的岩石中（简称煤槽），不向围岩辐射，在煤层中相互叠加、相长干涉，形成一个强的干涉扰动，即槽波。它以煤层为波导沿煤层向外传播，因此槽波又称煤层波或导波。现有的槽波地震方法，需要炸药激发，涉及到安全问题，所需人员和部门众多，协调不便。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种煤矿井下支护过程中的槽波地震立体超前探测方法，槽波在煤层中传播抗干扰能力强，探测距离远，探测范围大，采用巷道支护作业时锚杆钻机钻头破岩时产生的振动作为点震源，在巷道左、右帮和煤层顶板依次激发，形成立体的激发网络，实现震源小点距立体激发，激发次数多，可充分获得空间波场信息，提高对前方不良地质体的定位精度，不中断作业，能方便及时预测前方煤层压力、构造情况，进行井下状态监测，进而合理的安排掘进计划，修正施工方案，有效控制矿井地质灾害的发生。

为解决上述技术问题，本发明所采取的技术方案是：一种煤矿井下支护过程中的槽波地震立体超前探测方法，包括如下步骤：

（1）利用巷道支护过程中的锚杆钻机钻头破岩时产生的振动作为点震源，锚杆钻机在巷道左、右帮和煤层顶板依次进行作业，实现小点距震源立体激发；

（2）在巷道的顶板、底板、左帮及右帮近距离布置检波器，或者单帮布置检波器，各个检波器通过采集站和数据传输线连接在槽波地震仪上，形成一个探测系统；

（3）锚杆钻机钻头破岩时激发的地震波信号遇到地质体界面时发生折射、散射和波形转换，其中的散射槽波和直达槽波被上述检波器接收，并传给槽波地震仪，经过数据处理和分析后给出超前探测结果；

（4）结合超前探测结果，为巷道超前探测提供可靠依据，进而合理地安排掘进计划，修正施工方案，采取相应预防措施，控制矿井地质灾害的发生。

优选的，震源之间的间隔为0.8～1m，在巷道左、右帮和煤层顶板依次激发，形成立体的激发网络，以充分获得空间波场信息，提高对前方不良地质体的定位精度。

优选的，检波器之间的间隔为2～10m，多个检波器形成对巷道前方的监测网络，离锚杆钻机钻头最近的检波器距离锚杆钻机钻头5m～10m，离锚杆钻机钻头最远的检波器距离锚杆钻机钻头30m～40m，避免信噪比偏低情况的出现。

优选的，检波器根据工作面支护进度，采用递进式交替移动方式向掘进支护方向移动，实现对巷道前方、煤层前方及周边的构造情况进行连续监测，通过对巷道前方的煤层情况进行监测、分析，收集支护前方及周边的构造异常及压力异常，并且不断的进行分析、纠正，在支护过程中得到煤层前方及采掘工作面内异常地段的信息。

本发明工作原理如下：

在巷道支护过程中，支护作业时锚杆钻机钻头破岩时冲击煤、岩产生强大的地震波信号。根据惠更斯-菲涅尔原理和费马原理，当地震波传播路径中存在两种不同介质的界面时，波的传播将发生折射、散射和波形转换。激发的地震波信号遇到地质体界面时部分发生散射，部分沿煤壁向巷道后方传播，该散射信息被安装在巷道煤壁的检波器所接收，并传给槽波地震仪，经过数据处理和分析后即可给出超前探测结果。

采用上述技术方案所产生的有益效果在于：