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1、(10)申请公布号 CN 104199110 A (43)申请公布日 2014.12.10 CN 104199110 A (21)申请号 201410450813.0 (22)申请日 2014.09.05 G01V 1/44(2006.01) (71)申请人 河北煤炭科学研究院 地址 054000 河北省邢台市团结西路 126 号 (72)发明人 刘建功 武延辉 孙吉益 (74)专利代理机构 石家庄国为知识产权事务所 13120 代理人 米文智 (54) 发明名称 一种煤矿井下支护过程中的槽波地震立体超 前探测方法 (57) 摘要 本发明公开了一种煤矿井下支护过程中的槽 波地震立体超前探测方法。
2、， 涉及井下掘进地质超 前探测技术领域。包括如下步骤 ： 1 利用巷道支 护过程中锚杆钻机钻头破岩时产生的振动为点震 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 在巷道顶、 底板， 左、 右帮近距离布置检波器， 或单帮布置检 波器， 检波器通过采集站和数据传输线连接槽波 地震仪 ； 3 锚杆钻机钻头破岩时激发的地震波信 号遇到地质体界面发生折射、 散射和波形转换， 散 射和直达槽波被检波器接收， 传给槽波地震仪， 经 数据处理给出探测结果 ； 4 结合探测结果合理安 排掘进计划。本发明以锚杆钻机钻头破岩产生的 振动为点震源， 不中断作业， 进行槽波。
3、地震超前探 测。 (51)Int.Cl. 权利要求书 1 页 说明书 3 页 附图 2 页 (19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 权利要求书1页 说明书3页 附图2页 (10)申请公布号 CN 104199110 A CN 104199110 A 1/1 页 2 1. 一种煤矿井下支护过程中的槽波地震立体超前探测方法， 其特征在于包括如下步 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。
4、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。 2. 根据权利要求所述的一种煤矿井下支护过程中的槽波地震立体超前探测方法， 其 特征在于所述点震源之间的间隔为 0.8 1m， 在巷道左、 右帮和煤层顶板依次激发， 形。
5、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。 3. 根据权利要求所述的一种煤矿井下支护过程中的槽波地震立体超前探测方法， 其 特征在于所述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。 4. 根据权利要求所述的一种煤矿井下支护过程中的槽波地震立体超前探测方法， 其特征在于所述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。
6、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。 权 利 要 求 书 CN 104199110 A 2 1/3 页 3 一种煤矿井下支护过程中的槽波地震立体超前探测方法 技术领域 0001 本发明涉及井下掘进地质超前探测技术领域。 背景技术 0002 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。 0003 TSP 在隧道超前预报是比较常用的地震波超前探测法， 但。
7、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。 0004 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。
8、， 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。 0005 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。 0006 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。
9、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 0007 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。
10、地质灾害的发 生。 0008 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 ； 说 明 书 CN 104199110 A 3 2/3 页 4 （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。
11、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。 0009 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。 0010 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，。
12、 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。 0011 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。 0012 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。
13、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。 0013 采用上述技术方案所产生的有益效果在于 ： （1） 本发明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， 在巷 道支护过程中进行槽波地震立体超前探测， 不影响巷道支护工作， 并能及时预测前方煤层 压力、 构造情况， 进行井下状态监测， 有效控制矿井地质灾害的发生。 0014 （2） 锚杆钻机钻头破岩时产生的振动是一种非常可。
14、靠的多发震源， 锚杆钻机在巷 道左、 右帮和煤层顶板依次进行作业， 依次激发， 实现小点距震源立体激发， 形成立体的激 发网络， 信息量大， 效果好， 可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。 0015 （3） 本发明采用槽波地震立体超前探测方法， 震源位置立体分布小点距进行激发， 检波器位置近距离立体分布接收， 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， 抗干扰能力强， 探测距离远， 探测盲区小， 立体空间预报距离可达 60 90m。 附图说明 0016 下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明 ； 图 1 是本发明实施例 1 的技术路线图。
15、 ； 图 2 是本发明支护过程中的槽波地震立体超前探测示意图 ； 图中， 1、 巷道左帮 ； 2、 巷道右帮 ； 3、 检波器 ； 4、 震源 ； 5、 断层。 说 明 书 CN 104199110 A 4 3/3 页 5 具体实施方式 0017 实施例 1 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 ： 一、 技术路线 ： 见图 1 所示。 0018 矿井支护过程中的槽波地震立体超前探测方法主要是对支护过程中地震技术波 场特征的研究， 包括井下支护过程中的数据采集， 在井下采集过程中主要是接收锚杆钻机 钻头破岩时激发的地震波沿煤层传播的信号 ； 采集完成后进行数据处理，。
16、 主要是对采集的 波场信号进行识别和提取， 对特殊的干扰波进行剔除， 对槽波信号进行互相关处理， 波场分 离， 属性分析， 确定震源位置， 并进行偏移成像处理。 0019 二、 技术方案 ： （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， 依次激发， 点震源之间的间隔为 0.8 1m， 实现小 点距震源立体激发， 形成立体的激发网络， 这样可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。 0020 （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。
17、据传输线连接在槽波地震仪上， 形成一个监测系统。 0021 检波器之间的间隔为 2 10m， 多个检波器形成对掘进前方的监测网络， 监测、 控 制范围可以覆盖半径为迎头煤层中 0 90m 空间范围以及周围的煤层中。 0022 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， 避免得到的数据信噪比偏低。 0023 根据工作面支护进度， 检波器可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。
18、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。 0024 （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 （见图 2 所示） ， 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。 0025 （4） 结合超前探测结果， 为巷道超前探测提供可靠依据， 进而合理的安排掘进计 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。 说 明 书 CN 104199110 A 5 1/2 页 6 图 1 说 明 书 附 图 CN 104199110 A 6 2/2 页 7 图 2 说 明 书 附 图 CN 104199110 A 7 。