煤礦未知采空邊界探測理論與試驗研究

《煤礦未知采空邊界探測理論與試驗研究》是依託中國礦業大學，由楊真擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：煤礦未知采空邊界探測理論與試驗研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：楊真
• 依託單位：中國礦業大學

項目摘要

在國內煤礦企業資源整合之後，未知採空區對生產礦井的威脅逐步凸顯出來。因此，急需尋求一種有效地探測小窯、未知採空區的方法，以降低此類事故發生的機率和經濟損失。根據國外研究報告顯示，井下地震探測法為預測未知採空區邊界提供了一個較為可行的方案。目前，國內外在煤礦井下地震探測技術研究方面，均是由地面三維地震勘探和隧道超前預報（TSP）發展而來。因此，在震波數據處理受其影響較多，忽略了地震波在煤層中激發時，由於煤層和岩層物理性質差異巨大，地震波場在煤-岩結構中的分布和地表及隧道空間中有著很大的差異。因此，將這一方法套用到煤礦時，遇到了前所未有的困難。本課題根據具體的地質環境建立適用於此環境的震波觀測系統、激勵方式等邊界條件，同時，推導合適的濾波函式和能量補償函式。然後，對經過這兩個函式處理後的數據進行震波偏移成像來反演採空區邊界的位置，以此作為煤層采空邊界探測的核心理論體系，指導煤礦安全生產。

結題摘要

2011年度完成了調研、專題論證、各種信息資料收集，詳細研究的技術方案的制定；建立在不同地質條件下，煤層中SH型槽波Ariy震相的頻率和速度之間關係的數學模型進行了部分煤礦現場實驗數據採集等工作，根據數據採集的結果，檢驗數學模型的可靠性。2012年度完成了在不同地質條件下，SH槽波在“煤-岩”結構體的頻率和速度之間的函式關係。其中研究Stoneley波相似模擬無法在實驗室內進行，主要原因是和中科院地質與地球物理研究所合作的槽波相似模擬過程中，檢波器的尺寸接近相似模擬煤層的厚度，因此在獲取“煤-岩”膠結面上的頻率和速度之間的函式機會變得不可能。最後，在2013年12月31日和2014年1月2日，通過多次協調，採用了德國DMT的槽波地震儀在同煤燕子山礦完成了Stoneley波和SH型槽波的採集工作。 在理論方面按計畫完成了煤層中SH型槽波Ariy震相的頻率和速度之間關係的數學模型。並以此為基礎完了論文《SH型槽波質點波動及能量包絡特徵研究》的初稿，現在由中國地質大學的朱培民教授修改和審校。由於和煤礦聯繫實驗場事宜耽擱，直到2013年12月19日在東周窯煤礦完成了槽波數據現場的採集工作，預測了巷道側幫煤層內部的斷層發育情況，根據數據採集的結果，檢驗數學模型的可靠性，由於槽波頻散特徵明顯，因此在濾波函式的選取方面採用低通函式為主，以此作為濾波函式的依據。 同時完成了巷道迎頭前方不同位置、不同產狀、不同組合地質異常界面模型的極化偏移成像。運用合成地震記錄、波場快照及偏振軌跡三種方式，對具有不同產狀單、多個異常界面模型的地震波場傳播規律進行了研究分析，驗證了縱、橫波質點主極化方向與波行進方向存在正交差異特徵。成像效果表明：極化成像技術可以消除上下對稱假象，有效壓制轉換波及干擾波。同時完成了三個同傾向異常界面模型的不同偏移方法、不同觀測系統對比實驗，實驗結果表明：極化偏移與傳統疊前繞射偏移、Kirchhoff積分偏移、逆時偏移相比，異常界面收斂性強、方向解析度高，解決了在巷道有限空間下由於偏移孔徑小而導致的對稱成像病態難題。 取得的成果為發表相關論文9篇，其中有一篇未標註，其中被SCI檢索2篇，EI檢索5篇，獲得授權實用新型專利7項。其中有一項同時申請了發明專利，其中實用新型專利《攜帶型煤層槽波採集預警系統》已經開始製作原型機，計畫將這一技術從實驗室逐步向解決煤礦安全的產品過渡。