[发明专利]一种基于巷道垂向虚拟测线的散射多波超前探测方法

说明书

本发明公开了一种基于巷道垂向虚拟测线的散射多波超前探测方法，先布设一排三分量检波器，然后相邻检波器之间的中点均设有震源，然后震源依次激发，此时多个检波器分别接收各个震源的地震波信号；确定虚拟测线的位置及垂向虚拟测线成像范围；然后设定等效的自激自收点E，进而计算得出等时偏移距h_e；对检波器的三分量信号进行偏振分析，得出极化滤波函数；然后采用该函数对信号进行矢量滤波后获得成像区域内各共散射点不同类型等价散射波信号，并结合等时偏移距形成共散射点道集；对各共散射点道集的等价散射波信号进行速度分析，进而得出各个道集的零偏移距记录；最后将各个零偏移距记录重排，形成基于垂向虚拟测线的不同类型散射波成像剖面。

技术领域

本发明涉及一种矿井巷道超前探测方法，具体是一种基于巷道垂向虚拟测线的散射多波超前探测方法。

背景技术

巷道掘进是煤矿生产的关键阶段之一，同时也是安全事故易发、频发的阶段，其中76％的煤矿重特大事故发生于此。因此，巷道前方的异常地质构造精准探测是保障煤矿安全生产的必然要求，因此如何进一步提高巷道构造超前探测的精准程度成为行业同仁追求的现实需求目标。

构造超前探测通常利用在巷道内布置地震震源(炸药、大锤等)与接收系统(各类三分量检波器)，通过震源激发地震波向前方传播，然后地震波遇到地质异常产生反射波，接收系统接收反射波来进行异常位置的成像与解释。然而，矿井特殊地质条件下常常面对的是复杂、不规则的小尺度地质异常体，如小断层、陷落柱等，这类地质异常体通常会产生丰富的散射波而难以形成发育明显的反射波，源于惠更斯-菲涅尔原理的散射波涵盖所有类型的波，比反射波更适合小尺度复杂不均匀的矿井地质构造的探测；同时，巷道复杂且狭小空间的采集环境(煤巷断面高、宽通常为3～5m)，以及深度仅为1.5～2m的炸药激发钻孔导致垂直于巷道超前探测方向的横向偏移距极小，所采集波场信号远不完备；最后，在巷道立体空间下，不同方位不同类型的地震波混叠，会造成成像假象，限制了超前探测的精准性。鉴于现有超前探测存在上述三点问题，因此如何提供一种新的探测方法，能有效提高巷道前方异常地质构造探测的精准性是本行业的研究方向。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种基于巷道垂向虚拟测线的散射多波超前探测方法，通过对各个三分量检波器接收到的散射波进行分析处理，最终能有效提高巷道前方异常地质构造探测的精准性。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于巷道垂向虚拟测线的散射多波超前探测方法，具体步骤为：

步骤一：在巷道迎头后方的巷道两帮中任一帮沿巷道走向布设多个三分量检波器，三分量检波器的X方向为巷道掘进方向，Y方向为巷道水平方向，Z方向为垂直于顶底板方向；多个三分量检波器相互之间的间距为2m且处在同一水平面，多个三分量检波器均与地震仪连接；在每两个三分量检波器的中间点均布置一个震源；然后震源依次向侧帮激发地震波，此时多个三分量检波器分别接收各个震源的地震波信号，并传递给地震仪记录；

步骤二：建立巷道空间XYZ坐标系，将巷道掘进方向定义为X，巷道水平方向定义为Y，垂直于顶底板方向定义为Z，并将巷道内的实际测线(即现场布置的测线)标注在XYZ坐标系内；

步骤三：建立在Z方向上并以X为探测方向的虚拟测线Lz，定义虚拟测线位于巷道迎头位置，其中虚拟测线与三分量检波器R和震源S之间连线的交点为点O，以O为零点、在Z方向上选择-L至L的范围，确定巷道迎头前方的该范围内为垂向虚拟测线成像范围；

步骤四：在虚拟测线成像范围内的虚拟测线上沿Z方向等间距的建立多个共散射点道集，分别记为CSP₁，CSP₂，…，CSP_n，假设虚拟测线上存在等效的自激自收点E，使得散射波从点E到某个道集内零偏移距上任一前方距离X处散射点SP的双程旅行时等于从其中一个震源S经过散射点SP回到任一三分量检波器R的实际旅行时t，由此能计算当前的E到散射点SP在虚拟测线上投影的距离，即等效偏移距h_e；