一种基于绕射波的回采工作面小型陷落柱探测方法
【专利摘要】本发明公开了一种基于绕射波的回采工作面小型陷落柱探测方法，步骤为：在皮带巷一侧中部设一个炮点，激发地震波，在对应的轨道巷布置十个检波点分别为1#～10#检波点，并通过地震仪获取地震记录；根据地震波传播时间先后顺序，地震记录中能够分别获取1#～10#检波点的直达波及小型陷落柱的绕射波；分别在1#～10#检波点所接收到的绕射波波列中搜索最大振幅值所对应的时间ti；确定小型陷落柱横向及纵向位置；确定的横向及纵向坐标位置最终确定小型陷落柱中心的实际位置。不仅能对小型陷落柱进行准确定位，而且成本低，易于操作，填补了煤矿井下采用地球物理方法探测小型陷落柱方法的空白，对工作面安全回采工作可起到很好的指导作用。
【专利说明】
一种基于绕射波的回采工作面小型陷落柱探测方法
技术领域
[0001] 本发明涉及一种陷落柱的探测方法，具体是一种基于绕射波的回采工作面小型陷 落柱探测方法。
【背景技术】
[0002] 陷落柱是由于灰岩等易溶地层产生溶洞，其上部地层在自重力等因素作用下发生 地层塌陷而形成的一种地质体。在煤矿回采工作面内，陷落柱具有孤立随机分布的特点，通 常由杂乱的岩石组成，在回采过程中由于采煤机易割煤难以割岩石，陷落柱通常需要人工 放炮破除，严重制约回采效率;此外，矿区陷落柱导致的突水其隐蔽性强、突水量大，给煤矿 安全生产及当地人民生活带来了极大的危害。目前，在煤矿井下探测陷落柱的方法主要有 钻探及地球物理勘探(CT透射波探测、无线电波坑透探测、直流电法面内探测等)方法，但此 类方法由于分辨率低或探测深度有限，因此通常只能探测直径较大的陷落柱，针对小型陷 落柱(直径小于l〇m的陷落柱），钻探易漏判，且目前的地球物理勘探方法难以分辨;导致回 采工作面的安全性无法保证。基于上述情况对回采工作面内小型陷落柱的精准探测为本行 业目前亟需解决的问题。
【发明内容】
[0003] 针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种基于绕射波的回采工作面小型陷 落柱探测方法，不仅能对小型陷落柱进行准确定位，而且成本低，易于操作，填补了矿井下 采用地球物理方法探测小型陷落柱方法的空白，对工作面安全回采工作可起到很好的指导 作用。
[0004] 为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是:该种基于绕射波的回采工作面小 型陷落柱探测方法，包括以下步骤：
[0005] A、在皮带巷一侧中部设一个炮点，激发地震波，在对应的轨道巷布置十个检波点 分别为1#~10#检波点，道间距为7.5m，并通过地震仪获取地震记录；
[0006] B、根据地震波传播时间先后顺序，地震记录中能够分别获取1#~10#检波点的直 达波及小型陷落柱的绕射波；
[0007] C、分别在1#~10#检波点所接收到的绕射波波列中搜索最大振幅值所对应的时间 ti；
[0008] D、确定小型陷落柱横向及纵向位置；
[0009] E、根据步骤D确定的横向及纵向坐标位置最终确定小型陷落柱中心的实际位置。
[0010] 进一步，步骤D中确定小型陷落柱横向位置的方法为：
[0011] I、通过每个检波点的位置Xi( i = 1，2 -10)及每个检波点接收到的绕射波波列中 搜索最大振幅值所对应的时间ti(i = 1，10)，确定绕射波最大振幅值的坐标(xi，ti);
[0012] n、将接收到的十个绕射波最大振幅值的坐标点拟合成双曲线；
[0013] m、求出双曲线的顶点坐标(xpe5ak，tpe5ak)，双曲线的顶点横坐标x pe5ak位置即为小型 陷落柱中心的横向位置。
[0014] 进一步，步骤D中确定小型陷落柱纵向位置的方法为：
[0015] a、将顶点横坐标Xpeak所对应的纵轴以1m为单位进行分段，每一段的中点依次记为 yn(n = 1，2，3......)，则小型陷落柱的预计位置即为(xpeak，yn);
[0016] b、如n = l时，即假设小型陷落柱的位置为(Xpe5ak，yi)，依次计算出十个检波点绕射 波的旅行时间
[0017] 式中：i = l，2."10，V为介质的平均速度，Xsource及ysource为炮点二维坐标；
[0018] C、在各检波点记录上找出t i, i时刻对应的振幅A i, i，将振幅的绝对值求和得 4 = ￡|4, i | ； 1=1
[0019] d、同理，n = 2,3......时，重复步骤b、步骤c，求出A2、A3......;
[0020] e、比较Al、A2、A3......的大小，得出Amax，Amax所对应的n值为小型陷落柱的纵向位置 y_k，即为小型陷落柱中心的实际纵向位置。
[0021] 由于煤层与围岩波阻抗差异明显，煤层、围岩平均密度及各自纵波波速分别为:煤 层(平均密度P = 1.3g/cm3、纵波波速V= 1700m/s)、围岩(平均密度P = 2.6g/cm3、纵波波速V = 3500m/s)，根据惠更斯原理，地震波遇到小型陷落柱(直径小于或等于一个波长，通常井 下地震波波长为l〇m)时，小型陷落柱会作为一个新震源产生振动向周围传播绕射波;本发 明利用绕射波的运动、动力学特性，不仅能对小型陷落柱进行准确定位，而且成本低，易于 操作，填补了矿井下采用地球物理方法探测小型陷落柱方法的空白，对工作面安全回采工 作起到了很好的指导作用。
【附图说明】
[0022]图1是本发明的系统布置图。
[0023] 图2是本发明十个检波点接收的直达波及小型陷落柱绕射波示意图。
[0024] 图3是本发明1#检波点小型陷落柱绕射波波列及最大振幅位置示意图。
[0025]图4是本发明拟合双曲线示意图。
[0026] 图5是本发明纵向分段及确定小型陷落柱位置示意图。
[0027] 图中：1、皮带巷，2、炮点，3、轨道巷，4、检波点，5、回采工作面，6、直达波，7、绕射 波，8、绕射波列最大振幅位置，9、小型陷落柱的实际中心位置。
【具体实施方式】
[0028]下面将对本发明作进一步说明。
[0029] 如图1至图5所示，本发明包括以下步骤：
[0030] A、在皮带巷1 一侧中部设一个炮点2,激发地震波，在对应的轨道巷3布置十个检波 点4分别为1#~10#检波点，道间距为7.5m，并通过地震仪获取地震记录；
[0031 ] B、根据地震波传播时间先后顺序，地震记录中能够分别获取1#~10#检波点的直 达波6及小型陷落柱的绕射波7;
[0032] C、分别在1#~10#检波点所接收到的绕射波波列中搜索最大振幅值所对应的时间 ti;
[0033] D、确定小型陷落柱横向及纵向位置；
[0034] E、根据步骤D确定的横向及纵向坐标位置最终确定小型陷落柱中心的实际位置。
[0035] 进一步，步骤D中确定小型陷落柱横向位置的方法为：
[0036] I、通过每个检波点的位置xi( i = 1，10)及每个检波点4接收到的绕射波波列中 搜索最大振幅值所对应的时间ti(i = 1，10)，确定绕射波最大振幅值的坐标(xi，ti);
[0037] n、将接收到的十个绕射波最大振幅值的坐标点拟合成双曲线；
[0038] m、求出双曲线的顶点坐标(xpeak，tpeak)，双曲线的顶点横坐标xpeak位置即为小型 陷落柱中心的横向位置。
[0039] 进一步，步骤D中确定小型陷落柱纵向位置的方法为：
[0040] a、将顶点横坐标Xpeak所对应的纵轴以lm为单位进行分段，每一段的中点依次记为 yn(n = 1，2，3......)，则小型陷落柱的预计位置即为(xpeak，yn);
[0041] b、如n = l时，即假设小型陷落柱的位置为(Xpe5ak，yi)，依次计算出十个检波点绕射 波的旅行时间
[0042] 式中：i = l，2~10，v为介质的平均速度，x_rce及y_rce为炮点二维坐标；
[0043] c、在各检波点记录上找出t i, i时刻对应的振幅A i, i，将振幅的绝对值求和得 10 4. = ￡|4, i|; i=l
[0044] d、同理，n = 2,3......时，重复步骤b、步骤c，求出A2、A3......;
[0045] 6、比较八1、八2、八3......的大小，得出Amax，Ainax所对应的n值为小型陷落柱的纵向位置 ypeak，即为小型陷落柱中心的实际纵向位置。
【主权项】
1. 一种基于绕射波的回采工作面小型陷落柱探测方法，其特征在于，包括W下步骤： A、 在皮带巷（1) 一侧中部设一个炮点（2)，激发地震波，在对应的轨道巷(3)布置十个检 波点(4)分别为1#~10#检波点，道间距为7.5m，并通过地震仪获取地震记录； B、 根据地震波传播时间先后顺序，地震记录中能够分别获取1#~10#检波点的直达波 (6)及小型陷落柱的绕射波(7); C、 分别在1#~10#检波点所接收到的绕射波波列中捜索最大振幅值所对应的时间ti; D、 确定小型陷落柱横向及纵向位置； E、 根据步骤D确定的横向及纵向坐标位置最终确定小型陷落柱中屯、的实际位置。2. 根据权利要求1所述的一种基于绕射波的回采工作面小型陷落柱探测方法，其特征 在于，步骤D中确定小型陷落柱横向位置的方法为： I、通过每个检波点的位置XiQ = I，2-'10)及每个检波点（4)接收到的绕射波波列中捜 索最大振幅值所对应的时间ti(i = 1，10)，确定绕射波最大振幅值的坐标(Xi，ti); n、将接收到的十个绕射波最大振幅值的坐标点拟合成双曲线； 虹、求出双曲线的顶点坐标(Xpeak，tpeak)，双曲线的顶点横坐标Xpeak位置即为小型陷落 柱中屯、的横向位置。3. 根据权利要求1中所述的一种基于绕射波的回采工作面小型陷落柱探测方法，其特 征在于，步骤D中确定小型陷落柱纵向位置的方法为： 曰、将顶点横坐标Xpeak所对应的纵轴Wlm为单位进行分段，每一段的中点依次记为yn(n = 1,2,3……），则小型陷落柱的预计位置即为(Xpeak，yn); b、如n=l时，即假设小型陷落柱的位置为(Xpeak，yi)，依次计算出十个检波点绕射波的 旅行时间：式中：i = ，V为介质的平均速度，Xsnurce及ysDurce为炮点二维坐标； C、在各检波点记录上找出ti,i时刻对应的振幅Al, 1，将振幅的绝对值求和得d、 同理，n = 2,3......时，重复步骤b、步骤C，求出A2、A3......; e、 比较Al、A2、A3......的大小，得出Amax，Amax所对应的n值为小型陷落柱的纵向位置ypeak， 即为小型陷落柱中屯、的实际纵向位置。
【文档编号】G01V1/30GK105911588SQ201610323984
【公开日】2016年8月31日
【申请日】2016年5月16日
【发明人】王勃, 刘盛东, 周福保, 黄兰英, 章俊, 姜永虎, 郝家林, 余森林, 张夏阳
【申请人】中国矿业大学