平煤十二矿矿井震波超前探测技术(MSP)应用研究 -学兔兔 www.xuetutu.com.pdf

生产技术
煤炭工程
2010年第2期
平媒十二矿矿井震波超前探测技术
(MSP)应用研究
吴建宇,张例业
(中国平煤神马能源化工集团平煤股份十二矿地测科,河南平顶山467000)
摘要:矿井震波超前探测系统(MSP)是一种多波、多分量、高分辨的反射地震勘探系统。
MSP应用地震波在传播过程中遇到不均匀地质体时产生反射的原理,利用负视速度同相轴作为
识别来自迎头前方界面的反射波标志,通过分析岩层的反射波传播速度,来确定反射层所对应的
地质界面的空间位置和规模及其产状,并根据反射波的纽合特征及其动力学特征、岩石物理力学
参数等资料来解释和推断地质体的性质。论文主要结合MSP技术在平煤十二矿的应用验证MSP
系统以及本安型KDZ1114-6B30巷道地质探测仪对巷道掘进安全施工起到的积极作用。
关键词:矿井震波超前探测系统;波阻抗差异;负视速度;巷道地质探测仪
中图分类号:P631.4文献标识码:B文章编号:1671-0959(2010)02-0046-03
1概述
巷道超前预测预技术一矿井巷道震波超前探测系统(MSP
Mine Seismic Prediction),对己15-17200机巷瓦斯巷迎头进
平煤股份十二矿所在矿区含煤地层为石炭~二叠系煤行超前探测。
层,十二矿现主采己组煤层,己组煤层属于煤与瓦斯严重2MSP系统简介
突出煤层,深部煤层开发还受冲击地压威胁,因此煤与瓦
斯突出和冲击地压严重制约着矿井的安全和生产。为了保
MSP系统以本安型KDZ1114-6B30巷道地质探测仪为
证井的安全生产,根据十三矿整体工作安排和长远发展,中心,仪器采用先进电子技术与嵌入式操作系统,保证了
计划将瓦斯巷揭露的己薄煤层作为己,煤层的保护层进行地震数据的高质量获取,同时配备有专业的MSP20数据
开采,以便解决或降低煤与瓦斯突出和冲击地压的危险性
处理平台,该软件提供了丰富的的地震数据管理、显示与
确保矿井的安全生产。
核心处理功能。MSP系统的推广与应用将为矿井巷道掘进
s-1720机巷瓦斯巷位于己七采区二期西翼最深的施工安全提供技术保障。
一个掘进工作面,为解决突出和冲击地压问题,瓦斯巷计2.1矿井震波超前探测技术(MSP)原理
划沿己14薄煤层施工,煤厚0~0.8m,平均0.5m左右
矿井震波超前探測(MSP)属多波多分量高分辨率地震
因深部钻孔资料较少,地质资料不清,且由于已:煤层与反射波探测技术,与常规反射波探测技术不同之处,该技
已1:煤层层间距较小(6~15m),为防止施丁过程中遇到大术是专门为巷道掘进施工地质超前探测而设计。该技术是
的地质构造导致误揭己煤层而发生煤与瓦斯突出事故,需应用地震波在传播过程中遇到不均匀地质体(存在波阻抗差
要查明巷道前方断层等地质情况进行超前地质预报,以便异)时会发生反射的原理(见图1),结合巷道的特点,设计
采取针对性的防治措施。
研制的沿巷道后方布置震源和三分量传感器来探测巷道前
日前的超前地质预报的手段主要有两种:钴孔探测(直方地质条件和水文地质条件的观测系统。震波是由特定位
接法)以及地球物理方法(间接法)。钻孔探测是巷道地质置进行小型爆破产生的,爆破点一般是沿巷道左(右)帮平
探测中最常用的方法,但作为巷道掘进中的超前探测手段行成直线排列,这样由人工制造一系列有规则排列的轻微
有许多不足的地方,其主要缺点是该方法成本高,横向探震源,形成地震断面。这些震源发出的地震波在遇到地层
测范围小,对施工有较大的影响。上述缺点限制了钻孔探层面、节理面、特别是断裂破碎界面和溶洞、暗河、岩溶
测在巷道超前地质预报中的使用。与钻孔探测法相比,地陷落柱、淤泥带等不良界面时,将产生反射波。图2为
球物理探测技术具有探测成本低、探测范围广(可达100
MSP模型及合成记录示意图,其中(a)为测线前方存在的三
300m)的优点,因此十二矿决定采用一套适合矿井条件的层介质速度模型,采用一点接收,多个激发点成排列依次
收稿日期:2009-11-03
作者简介:吴建宇(1975-),男,安徽庐江人,工程师,1998年毕业于辽宁工程技术大学(原阜新矿业学院),现主要
从事矿井地质、水文地质、瓦斯地质的技术管理工作。
2010年第2期
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激发。(b)图中共有三个波组,自左向右分别为直达波组、2.2MSP观测系统
一二层波阻抗界面的反射波组、二三层波阻抗界面反射
MSP系统主要由记录、接收和激发三个单元组成,采
波组。
用的是多次覆盖观测系统,数据采集时选用三分量传感器
将多个三分量传感器布置在不同位置,尽可能多地获得地
目
震数据。在井下则是利用矿井巷道狭长且空间有限的特点
MSP将激发点和接受点均布置于巷道侧帮(或迎头),采用
接收器激发点
层
发“一炮双收”接收地震波,多个炮点顺序激发的方式主
要有后置观测系统和前置观测系统
巷道中轴线
迎头
1)后置观测系统。传感器布置于巷道后方侧帮上,高
度为腰线位置;如使用两个传感器则对称布置于左右侧帮
图1MSP系统工作原理图
上。在巷道迎头和传感器点之间布置炮点,炮孔同样布置
=5000m/s/2=4000m/S
激发点
-26mem/の-25mパ2.6mm
接收点
反射
。
旅行时/ms
(a)巷道MSP观测系统模型
(bMSP波形及界面反射波组特征
图2MSP(负视速度)劫探原理示意图
侧帮巷道腰线上。炮数:18~24炮,偏移距15-20m,炮感器距离P1号炮点15.0m,C2在右帮和C1位置对应。标
间距1.5~2.0m。炮点一般置于左帮,如遇左帮无法布置志点W9距离迎头81.20m,且W9点距离CI接收点20m。
(如有硐室,有设备等情况)可布置于右帮,但必须保证至
少有一个传感器和炮点在同一侧帮上。
4矿井震波超前探測(MSP)数据处理与解释
2)前置观测系统。前置观测系统布置方式和后置类
4.1数据处理
似,最大不同之处是将2号传感器置于迎头掌子面附近。
矿井震波超前探测(MSP)数据处理是在专业的MSP2.0
317200机巷瓦斯巷迎头超前探测数据采集
数据处理平台上进行的,该解析软件提供了丰富的的地震
本次矿井震波超前探测(MSP)在17200机巷瓦斯巷迎数据管理、显示与核心处理功能,将现场采集到的物探数
头有限空间内展开,采用炸药震源,测线布置在右帮和迎据经过处理方能转化为可利用的物性图件。其处理流程为:
头断面上,其炮孔30个(左帮24炮,右帮6炮),MSP方数据预处理一频谱分析一直达波求取一反射波提取一速度
法三分量传感器点2个:C1、C2。传感器及炮孔顺序和方分析一深度偏移一界面提取。根据速度谱同时结合现场岩
位见图3,炮点1~24布置在左帮,25~30布置在右帮,性情況,进一步根据以往探测的验证结果,本次MSP探测
设计炮间距1.5m;CI位于左帮,C2位于右帮。其中C1传取综合速度为3.5m/ms进行偏移处理速度。
P10
P15
P24
17200机巷瓦斯巷W9前81.2m17200机巷瓦斯巷
P30
说明:(1)C1、C2为MSP传感器
图317200机巷瓦斯巷迎头超前探测(MSP)测线布置图
4.2结果解释