一种突出煤层巷道小断层超前定性预报方法
【专利摘要】本发明公开了一种突出煤层巷道小断层超前定性预报方法，该方法通过在掘进工作面前方设置激发点，在掘进工作面顶板上方、底板下方各设置一个接收点，在掘进工作面后方顶板上方、底板下方各设置一个接收点，再利用矢量地震仪分别获取各接收点的X、Y分量地震信号，根据接收到的煤层断点绕射波强能量特征，确定X、Y分量最大值振幅时间，根据该时间的信号计算主偏振方向，进一步确定断层的上断点和下断点，以此确定小断层的位置和性质。本发明仅利用最大振幅时间的信号就可完成主偏振方向的计算，方便、快捷，易于实现。本发明能够准确判断断点位置和性质，完成小断层的超前定性预报，对保障突出煤层巷道安全掘进具有重要的现实意义。
【专利说明】
-种突出煤层巷道小断层超前定性预报方法
技术领域
[0001] 本发明设及一种煤层巷道断层预报方法，具体是一种突出煤层巷道小断层超前定 性预报方法，属于煤矿安全技术领域。
【背景技术】
[0002] 煤与瓦斯突出是指在压力作用下，在极短的时间内由煤体向巷道或采场空间抛出 大量的煤炭和(或)瓦斯的事件，不仅会造成人员伤亡，还会造成国家财产损失。
[0003] 地质构造是诱发煤与瓦斯突出的主要因素，W断层、特别是小断层(落差小于5m) 最为典型。淮南矿区煤与瓦斯突出点构造地质资料统计表明，矿区内石口和煤巷掘进工作 面中的煤与瓦斯突出有71.8%发生在小断层附近。小断层的定性超前预报就是对断层位置 和断层特征进行的预测判断，对于预防煤与瓦斯突出具有重大意义。
[0004] 目前井下小断层探查手段主要是钻探、物探。采用钻探方法效率较低，且地质前探 钻孔易偏离设计轨迹，特别是钻孔倾角为0~25°俯角及上仰角时，垂直方向偏离更加严重， 易造成小断层漏判。采用物探方法中的地震超前探测技术判断断点至少需要一个完整的时 间周期的回波信号，然而由于小断层尺寸较小，煤层断点绕射波难W形成一个对称型完整 的周期信号，不能准确判断小断层煤层断点，更难W对小断层的正/逆性质进行识别。而小 断层的正/逆性质对煤与瓦斯突出控制作用差别十分显著，统计表明，煤与瓦斯突出通常与 逆断层有关。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提供一种突出煤层巷道小断层超前定性预报方法，通过该方法 能够准确判断断层位置和断层特征。
[0006] 为实现上述目的，本发明一种突出煤层巷道小断层超前定性预报方法，包括W下 步骤：
[0007] 步骤一，在掘进工作面前方设置一个激发点，在掘进工作面顶板上方设置第一接 收点，在掘进工作面底板下方设置第二接收点，在掘进工作面后方、顶板上方设置第=接收 点，在掘进工作面后方、底板下方设置第四接收点；
[000引步骤二，选择第一接收点，利用矢量地震仪获取X、Y分量地震信号，根据顶板围岩 接收到的煤层断点绕射波强能量特征，确定X、Y分量最大值振幅时间ti;
[0009] 步骤=，计算ti主偏振方向角01，具体计算步骤为：
[0010] a.对X、Y运两分量地震信号做化化ert变换 [0011 ] hxii) = X(I)-JU (x{i))
[001 ^ = (I'))，式中 X (t)、y (t)分别为X、Y分量，符号巧表示Hi Ibert变换，
[OOU] b.建立Hermitian矩阵构造 [0014] C(t) =M*(t) ? M(t)
[0015]式中，M(t) =比x(t化y(t)]，符号*表示矩阵的复共辆转置；
[0016] C .求取Hermi tian矩阵的最大特征值Amax及其对应的归一化的特征向量（Xmax， Ymax)；
[0017]
式中 Re ( Xmax)、Re ( ymax)分别为Xmax、ymax的实部；
[0018] 步骤四，根据第一接收点位置及主偏振方向角01，绘制第一接收点到小断层的第 一射线；
[0019] 步骤五，选择其他接收点，方法同步骤二至步骤四，分别绘制第二接收点到小断层 的第二射线、第=接收点到小断层的第=射线和第四接收点到小断层的第四射线；
[0020] 第六步，第一射线与第二射线的交点为小断层的上断点，第=射线和第四接收点 的交点为小断层的下断点;根据上断点和下断点确定煤层上、下盘关系，判断断层性质。
[0021] 本发明不再依赖一个完整周期信号，仅利用煤层断点绕射波的最大振幅时间的信 号就可完成主偏振方向的计算，方便、快捷，易于实现。本发明能够准确判断小断层位置和 特征，完成对小断层的超前定性预报，对保证突出煤层巷道安全掘进具有重要的现实意义。
【附图说明】
[0022] 图1为本发明方法示意图；
[0023] 图2为本发明获取矢量地震仪获取X、Y分量最大振幅时间方法示意图；
[0024] 图中，1、第一接收点，2、第二接收点，3、第S接收点，4、第四接收点，5、掘进工作 面，6、激发点，7、顶板，8、底板，9、上断点，10、下断点，11、第一射线，12、第二射线，13、第S 射线，14、第四射线，15、小断层。
【具体实施方式】
[0025] 下面结合附图，对本发明进一步描述。
[0026] -种突出煤层巷道小断层超前定性预报方法，其特征在于，包括W下步骤：
[0027] 步骤一，如图1所示，在掘进工作面5前方设置一个激发点6，在掘进工作面5顶板7 上方设置第一接收点1，在掘进工作面5底板8下方设置第二接收点2,在掘进工作面5后方、 顶板7上方设置第=接收点3,在掘进工作面5后方、底板8下方设置第四接收点4;
[0028] 步骤二，选择第一接收点1，如图2所示，利用矢量地震仪获取X、Y分量地震信号，根 据顶板围岩接收到的煤层断点绕射波强能量特征，确定X、Y分量最大值振幅时间ti;
[0029] 步骤=，计算ti主偏振方向角目1，具体计算步骤为：
[0030] a.对X、Y运两分量地震信号做化化ert变换
[0031] hx{t) = x{t)-^jU(x{t))
[0032] M仰=.、，的亏'巧(>脚)，式中x(t)、y(t)分别为X、Y分量，符号{7表示Hilbert变换， i=徊；
[0033] b.建立Hermitian矩阵构造
[0034] C(t)=M*(t) ? M(t)
[0035] 式中，M(t) =比x(t化y(t)]，符号*表示矩阵的复共辆转置；
[0036] C .求取Hermi tian矩阵的最大特征值Amax及其对应的归一化的特征向量（Xmax， Ymax)；
[0037]
式中 Re ( Xmax)、Re ( ymax)分别为Xmax、ymax的实部；
[0038] 步骤四，根据第一接收点1位置及主偏振方向角01，绘制第一接收点巧Ij小断层15 的第一射线11;
[0039] 步骤五，选择其他接收点，方法同步骤二至步骤四，分别绘制第二接收点2到小断 层15的第二射线12、第立接收点巧Ij小断层15的第立射线13和第四接收点巧IM、断层15的第 四射线14;
[0040] 第六步，如图1所示，第一射线11与第二射线12的交点为煤层上断点9,第S射线13 和第四接收点4的交点为煤层下断点10;根据上断点9和下断点10确定煤层上、下盘关系，判 断断层性质。图1所示的断层上盘上升，为逆断层。
[0041] 本发明不再依赖一个完整周期信号，仅利用煤层断点绕射波的最大振幅时间的信 号就可完成主偏振方向的计算，方便、快捷，易于实现。本发明能够准确判断小断层位置和 特征，完成对小断层的超前定性预报，对保证突出煤层巷道安全掘进具有重要的现实意义。
[0042] 优选的，步骤一中所述激发点6设置在煤层巷道掘进工作面5前方=米处，第一接 收点1设置在掘进工作面5的顶板7上方=米处，第二接收点2设置在掘进工作面5的底板8下 方=米处，第=接收点3设置在掘进工作面5后方（图1左方为后方)五米、顶板7上方六米处， 第四接收点4设置在掘进工作面5后方五米、底板8下方六米处。运些点位的选取既便于设 置，又能满足探测精度的要求。
【主权项】
1. 一种突出煤层巷道小断层超前定性预报方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤一，在掘进工作面(5)前方布置一个激发点(6)，在正对掘进工作面(5)、顶板(7)上 方设置第一接收点（1)，在正对掘进工作面(5)、底板(8)下方设置第二接收点(2)，在掘进工 作面(5)后方、顶板(7)上方设置第三接收点（3)，在掘进工作面(5)后方、底板(8)下方设置 第四接收点(4); 步骤二，选择第一接收点（1 )，利用矢量地震仪获取X、Y分量地震信号，根据接收到的煤 层断点绕射波强能量特征，确定X、Y分量最大值振幅时间t1; 步骤三，计算ti主偏振方向角Q1，具体计算步骤为： a.对X、Y这两分量地震信号做Hi Ibert变换hx(t) = x{t)+jO (x(t)) = .i'(/)-/i/(.r(z))，式中x(t)、y(t)分别为X、Y分量，符号表不Hilbert变换 b ·建立Hermitian矩阵构造 C(t)=M*(t) · M(t) 式中，M(t) = [hx(t) hz(t)]，符号*表示矩阵的复共辄转置； c.求取Hermitian矩阵的最大特征值Amax及其对应的归一化的特征向量(xmax，y max);式中 Re (Xmax)、Re (ymax)分别为 Xmax、ymax 的实部； 步骤四，根据第一接收点（1)位置及主偏振方向角S1，绘制第一接收点（1)到小断层（15) 的第一射线(11); 步骤五，选择其他接收点，方法同步骤二至步骤四，分别绘制第二接收点（2)到小断层 (15)的第二射线（13)、第三接收点（3)到小断层（15)的第三射线（12)和第四接收点(4)到小 断层(15)的第四射线（14); 第六步，第一射线（11)与第二射线（12)的交点为煤层上断点（9)，第三射线（13)和第四 接收点(4)的交点为煤层下断点（10);根据上断点(9)和下断点（10)确定煤层上、下盘关系， 判断断层性质。2. 根据权利要求1所述的突出煤层巷道小断层超前定性预报方法，其特征在于，步骤一 中所述激发点（6)设置在煤层巷道掘进工作面(5)前方三米处，第一接收点（1)设置在正对 掘进工作面(5)的顶板(7)上方三米处，第二接收点（2)设置在正对掘进工作面(5)的底板 (8)下方三米处，第三接收点（3)设置在掘进工作面(5)后方六米、顶板(7)上方六米处，第四 接收点(4)设置在掘进工作面(5)后方六米、底板(8)下方六米处。
【文档编号】G01V1/30GK106019371SQ201610316770
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年5月13日
【发明人】王勃, 刘盛东, 周福宝, 黄兰英, 章俊, 郝家林, 姜永虎
【申请人】中国矿业大学