阅读说明：本技术 一种煤层底板隐伏构造探测方法 (Method for detecting hidden structure of coal seam floor ) 是由 李德春 匡伟 梁红波 于 2020-04-28 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种煤层底板隐伏构造探测方法,在基础理论方面,将低频的槽波和P、S波综合在一起,充分利用了所有包含底板构造的信息；在施工方法方面,将炮点布设在位于接近底板约1m处,将检波器布设在巷道底和煤壁分界处,采用Y分量接收。该参数通过大量试验得到；数据处理方面,设计了基于概率统计方法的滑行波能量矫正方法,使得矫正后滑行波能量分布在0～1之间,而不损坏其中包含的构造信息,从而实现滑行波能量成析成像；本发明从基础理论方面展开研究,设计了滑行波探测施工方法,研究了一整套针对滑行波能量层析成像的数据处理方法从而可以实现煤层底板隐伏构造的探测,对于煤矿底板水害防治具有极其重要的意义。(The invention discloses a method for detecting a hidden structure of a coal seam floor, which integrates low-frequency channel waves and P, S waves in the aspect of basic theory and fully utilizes all information containing the floor structure; in the construction method, the shot points are arranged at the position which is about 1m close to the bottom plate, the detectors are arranged at the boundary of the roadway bottom and the coal wall, and the Y component is adopted for receiving. This parameter is obtained by a number of tests; in the aspect of data processing, a probability statistics method-based taxiwave energy correction method is designed, so that corrected taxiwave energy is distributed between 0 and 1 without damaging structural information contained in the corrected taxiwave energy, and thereby, taxiwave energy analytic imaging is realized; the invention develops research from the aspect of basic theory, designs a gliding wave detection construction method, and researches a whole set of data processing method aiming at gliding wave energy tomography so as to realize the detection of the hidden structure of the coal seam floor, thereby having extremely important significance for preventing and controlling the water damage of the coal seam floor.)

一种煤层底板隐伏构造探测方法

技术领域

本发明涉及一种煤层底板隐伏构造探测方法。

背景技术

目前探测构造的最有效办法为地震勘探法。在地面通常采用三维地震勘探技术，在井下则采用槽波地震勘探技术。但这两种技术目前都不能很好地解决煤层底板以下的构造探测问题。煤层底板隐伏构造的探测对于煤矿底板水害防治具有极其重要的意义，近年来的重大煤矿底板出水事故几乎都与隐伏构造有关，煤层底板隐伏构造的探测是一个至今未能有效解决的世界性技术难题。

发明内容

本发明要解决的技术问题是克服现有技术中煤层底板隐伏构造的探测技术比较落后的缺陷，提供一种煤层底板隐伏构造探测方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供了如下的技术方案：

一种煤层底板隐伏构造探测方法，以回采工作面为施工场所，要求工作面至少完成两条掘进巷道，具备对工作面透射的条件，具体施工方法如下：

1)、沿着一条巷道布设炮点，沿着另一条巷道布设检波点；

2)、炮点布设位置在接近底板分界面约1m处，如1m±0.1m处，这样可以获得较高的滑行波能量，炮点间距通常为5～10m，在条件不允许的情况下，可以调整炮点间距；

3)、检波点布设在巷道底和煤壁分界处，使用y分量接收；检波点间距通常为5～10m，在条件不允许的情况下，可以调整检波点间距；

4)、放炮时按顺序逐个激发，并采用全排列检波器接收，由滑行波地震仪记录下数据；

数据处理的方法如下：

5)、数据预处理

数据预处理包括常规预处理和特殊预处理，常规预处理和地面三维地震勘探数据预处理类似，包括建立观测系统、剔除坏道、极性反转、一维频率域滤波、频谱分析，能量分析等；特殊预处理则主要针对滑行波进行的处理，包括柱面扩散矫正、极化旋转、两分量的旋转与合成、频散分析、时频分析、速度分析等。

6)、滑行波能量的提取

回采工作面底板隐伏构造主要运用低频的槽波、正常频段的P 波、正常频段的S波的能量参数来反演底板构造对其吸收情况，因此首先需要提取出这些参数数据，即提取滑行波能量数据。实测井下地震记录上往往同时存在P波、S波和槽波，采用开时窗的方法对这三种类型的波进行手动参数拾取，其能量为时窗内记录包络计算求和并进行地层衰减补偿后的真振幅能量值。

7)、滑行波能量的矫正

滑行波能量随炮检距的变化呈指数衰减，同时也受到激发药量、检波器耦合等因素的影响，从而使得各道的滑行波能量呈现出数量级的差异，构造引起的滑行波能量变化难以体现出来，也无法直接进行层析成像。故提出能量矫正算法，以矫正掉炮检距、激发药量、检波器耦合等因素造成的滑行波能量差异，矫正后的能量参数可直接用于层析成像。

具体算法分如下5个步骤：

a)对每一道地震数据做振幅谱，从0-500hz，每间隔5Hz取一个频点，共101个；

b)取出所有道的第一个频点，按炮检距大小排序，对排序后的数据做线性回归分析，然后回归线拉水平，频点跟着回归线一起上提；

c)同理，取出所有道的第二个、第三个频点，直到做完所有频点；

d)对于每一道，分别取出它校正后的101个频点中最大值，作为该道校正后的能量值，即完成能量矫正，矫正后的数据在0～1之间。

8)、滑行波能量的层析成像

层析成像采用直射线正演和SIRT反演算法，滑行波能量层析成像算法如下：

a)建立工作面初始模型，划分计算网格；

b)直射线追踪，能量首先乘以对应的炮检距，然后按照射线长度分配到各个网格中；

c)根据理论能量与实际拾取的能量差值来反演求解，对模型进行修正；

d)对修正后的模型进行插值处理；

e)对修正后的模型进行平滑；

f)重复上述b～e四个步骤，直到模型修正满足一定的要求。

本发明的理论基础如下：

从滑行波地震勘探的资料来提取回采工作面底板的信息，从而实现底板隐伏构造的探测。其具体有两种途径。其一，是利用滑行波的低频分量，因为频率越低进入围岩的深度越大，能量也相对越强；其二，是利用滑行波，在实际接收的滑行波波列中不但包含了传统意义上的滑行波波列，也就是说来自煤层的波，也接收到了来自其围岩即顶底板的波。

所谓全波场滑行波定义为实际滑行波地震接收到的滑行波、滑行纵波和横波，通过速度分析等可以完全确定P波、S波是来自围岩的滑行波，也就是说是顶底板复合波，但在实际采集中通过不对称激发等特殊措施可以提高底板滑行波的能量。

在煤矿构造探测中，主要运用地面的三维地震勘探方法和井下的槽波地震勘探方法进行探测，目前该两种方法可以有效的解决煤层构造问题，但无法实现煤层底板隐伏构造的有效探测。在煤矿防治水工作中，煤层底板隐伏构造的探测具有极其重要的意义，是至今未能有效解决的难题。

本发明从基础理论方面展开研究，设计了滑行波探测施工方法，研究了一整套针对滑行波能量层析成像的数据处理方法，从而可以实现煤层底板隐伏构造的探测，对于煤矿底板水害防治具有极其重要的意义。

①基础理论方面，将低频的槽波和P、S波综合在一起，充分利用了所有包含底板构造的信息。

②施工方法方面，将炮点布设在位于接近底板约1m处，将检波器布设在巷道底和煤壁分界处，采用Y分量接收。该参数通过大量试验得到。

③数据处理方面，设计了基于概率统计方法的滑行波能量矫正方法，使得矫正后滑行波能量分布在0～1之间，而不损坏其中包含的构造信息，从而实现滑行波能量成析成像。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的基础理论图；

图2是本发明实施例中预处理后单炮记录；

图3是本发明实施例中不同深度层析成像结果立体显示。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例

淮南矿业(集团)有限责任公司张集煤矿1412A工作面底板构造探测实例：

(1)地质任务

为了查明张集煤矿1412A工作面及底板地质异常分布情况，为工作面的回采提供地质保障，确定本次1412A工作面滑行波地震探测的地质任务如下：

①查明工作面内落差大于3m的断层分布情况；

②查明工作面内长轴直径大于30m的陷落柱分布情况；

③查明煤层底板下方60m深度范围内的隐伏构造分布情况。

(2)工作面概况

1412A工作面位于西二采区，为该采区的第二个块段，南侧为西二采区1煤系统巷道，东侧为1413A工作面已回采完毕，西侧为尚未施工的1411A工作面，北至-470m初设回采上限。

1412A工作面走向长1210m，倾斜长180m，煤层倾角2～8°，煤层厚度4.3～8.6m，平均6.9m，煤层结构简单，为稳定可采煤层。

(3)透射滑行波的原始数据预处理

包括建立观测系统、剔除坏道、极性反转、一维频率域滤波、频谱分析，能量分析、柱面扩散矫正、极化旋转、两分量的旋转与合成、频散分析、时频分析、速度分析等处理步骤。预处理后单炮记录见如图2。

(4)层析成像

选用滑行波的能量参数进行煤层构造反演，选用滑行波能量进行底板构造反演，层析成像采用直射线正演和SIRT反演算法。

(5)地质成果

不同深度层析成像结果立体显示如图3所示。需要说明的是，滑行波资料的解释离不开已知地质资料如巷道揭露资料的标定，透射滑行波往往只能判定断层或陷落柱存在的位置，对于断层的倾向和落差大小还是要与巷道揭露的异常体参数进行对比方可得出。

本次探测在工作面西侧解释1处煤层破碎区域，其全隐伏于工作面内。解释成果提交矿方后，随即进行了验证，最终矿方认定该处为煤层破碎区，并且为小段层发育区。在中部偏右侧区域，解释底板断层断裂带。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。