一種基于繞射波的回采工作面小型陷落柱探測方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于繞射波的回采工作面小型陷落柱探測方法，步驟為：在皮帶巷一側(cè)中部設(shè)一個炮點，激發(fā)地震波，在對應(yīng)的軌道巷布置十個檢波點分別為1#～10#檢波點，并通過地震儀獲取地震記錄；根據(jù)地震波傳播時間先后順序，地震記錄中能夠分別獲取1#～10#檢波點的直達(dá)波及小型陷落柱的繞射波；分別在1#～10#檢波點所接收到的繞射波波列中搜索最大振幅值所對應(yīng)的時間ti；確定小型陷落柱橫向及縱向位置；確定的橫向及縱向坐標(biāo)位置最終確定小型陷落柱中心的實際位置。不僅能對小型陷落柱進行準(zhǔn)確定位，而且成本低，易于操作，填補了煤礦井下采用地球物理方法探測小型陷落柱方法的空白，對工作面安全回采工作可起到很好的指導(dǎo)作用。
【專利說明】
一種基于繞射波的回采工作面小型陷落柱探測方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種陷落柱的探測方法，具體是一種基于繞射波的回采工作面小型陷 落柱探測方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 陷落柱是由于灰?guī)r等易溶地層產(chǎn)生溶洞，其上部地層在自重力等因素作用下發(fā)生 地層塌陷而形成的一種地質(zhì)體。在煤礦回采工作面內(nèi)，陷落柱具有孤立隨機分布的特點，通 常由雜亂的巖石組成，在回采過程中由于采煤機易割煤難以割巖石，陷落柱通常需要人工 放炮破除，嚴(yán)重制約回采效率;此外，礦區(qū)陷落柱導(dǎo)致的突水其隱蔽性強、突水量大，給煤礦 安全生產(chǎn)及當(dāng)?shù)厝嗣裆顜砹藰O大的危害。目前，在煤礦井下探測陷落柱的方法主要有 鉆探及地球物理勘探(CT透射波探測、無線電波坑透探測、直流電法面內(nèi)探測等)方法，但此 類方法由于分辨率低或探測深度有限，因此通常只能探測直徑較大的陷落柱，針對小型陷 落柱(直徑小于l〇m的陷落柱），鉆探易漏判，且目前的地球物理勘探方法難以分辨;導(dǎo)致回 采工作面的安全性無法保證?；谏鲜銮闆r對回采工作面內(nèi)小型陷落柱的精準(zhǔn)探測為本行 業(yè)目前亟需解決的問題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種基于繞射波的回采工作面小型陷 落柱探測方法，不僅能對小型陷落柱進行準(zhǔn)確定位，而且成本低，易于操作，填補了礦井下 采用地球物理方法探測小型陷落柱方法的空白，對工作面安全回采工作可起到很好的指導(dǎo) 作用。
[0004] 為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:該種基于繞射波的回采工作面小 型陷落柱探測方法，包括以下步驟：
[0005] A、在皮帶巷一側(cè)中部設(shè)一個炮點，激發(fā)地震波，在對應(yīng)的軌道巷布置十個檢波點 分別為1#~10#檢波點，道間距為7.5m，并通過地震儀獲取地震記錄；
[0006] B、根據(jù)地震波傳播時間先后順序，地震記錄中能夠分別獲取1#~10#檢波點的直 達(dá)波及小型陷落柱的繞射波；
[0007] C、分別在1#~10#檢波點所接收到的繞射波波列中搜索最大振幅值所對應(yīng)的時間 ti；
[0008] D、確定小型陷落柱橫向及縱向位置；
[0009] E、根據(jù)步驟D確定的橫向及縱向坐標(biāo)位置最終確定小型陷落柱中心的實際位置。
[0010] 進一步，步驟D中確定小型陷落柱橫向位置的方法為：
[0011] I、通過每個檢波點的位置Xi( i = 1，2 -10)及每個檢波點接收到的繞射波波列中 搜索最大振幅值所對應(yīng)的時間ti(i = 1，10)，確定繞射波最大振幅值的坐標(biāo)(xi，ti);
[0012] n、將接收到的十個繞射波最大振幅值的坐標(biāo)點擬合成雙曲線；
[0013] m、求出雙曲線的頂點坐標(biāo)(xpe5ak，tpe5ak)，雙曲線的頂點橫坐標(biāo)x pe5ak位置即為小型 陷落柱中心的橫向位置。
[0014] 進一步，步驟D中確定小型陷落柱縱向位置的方法為：
[0015] a、將頂點橫坐標(biāo)Xpeak所對應(yīng)的縱軸以1m為單位進行分段，每一段的中點依次記為 yn(n = 1，2，3......)，則小型陷落柱的預(yù)計位置即為(xpeak，yn);
[0016] b、如n = l時，即假設(shè)小型陷落柱的位置為(Xpe5ak，yi)，依次計算出十個檢波點繞射 波的旅行時間
[0017] 式中：i = l，2."10，V為介質(zhì)的平均速度，Xsource及ysource為炮點二維坐標(biāo)；
[0018] C、在各檢波點記錄上找出t i, i時刻對應(yīng)的振幅A i, i，將振幅的絕對值求和得 4 = ￡|4, i | ； 1=1
[0019] d、同理，n = 2,3......時，重復(fù)步驟b、步驟c，求出A2、A3......;
[0020] e、比較Al、A2、A3......的大小，得出Amax，Amax所對應(yīng)的n值為小型陷落柱的縱向位置 y_k，即為小型陷落柱中心的實際縱向位置。
[0021] 由于煤層與圍巖波阻抗差異明顯，煤層、圍巖平均密度及各自縱波波速分別為:煤 層(平均密度P = 1.3g/cm3、縱波波速V= 1700m/s)、圍巖(平均密度P = 2.6g/cm3、縱波波速V = 3500m/s)，根據(jù)惠更斯原理，地震波遇到小型陷落柱(直徑小于或等于一個波長，通常井 下地震波波長為l〇m)時，小型陷落柱會作為一個新震源產(chǎn)生振動向周圍傳播繞射波;本發(fā) 明利用繞射波的運動、動力學(xué)特性，不僅能對小型陷落柱進行準(zhǔn)確定位，而且成本低，易于 操作，填補了礦井下采用地球物理方法探測小型陷落柱方法的空白，對工作面安全回采工 作起到了很好的指導(dǎo)作用。
【附圖說明】
[0022]圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)布置圖。
[0023] 圖2是本發(fā)明十個檢波點接收的直達(dá)波及小型陷落柱繞射波示意圖。
[0024] 圖3是本發(fā)明1#檢波點小型陷落柱繞射波波列及最大振幅位置示意圖。
[0025]圖4是本發(fā)明擬合雙曲線示意圖。
[0026] 圖5是本發(fā)明縱向分段及確定小型陷落柱位置示意圖。
[0027] 圖中：1、皮帶巷，2、炮點，3、軌道巷，4、檢波點，5、回采工作面，6、直達(dá)波，7、繞射 波，8、繞射波列最大振幅位置，9、小型陷落柱的實際中心位置。
【具體實施方式】
[0028]下面將對本發(fā)明作進一步說明。
[0029] 如圖1至圖5所示，本發(fā)明包括以下步驟：
[0030] A、在皮帶巷1 一側(cè)中部設(shè)一個炮點2,激發(fā)地震波，在對應(yīng)的軌道巷3布置十個檢波 點4分別為1#~10#檢波點，道間距為7.5m，并通過地震儀獲取地震記錄；
[0031 ] B、根據(jù)地震波傳播時間先后順序，地震記錄中能夠分別獲取1#~10#檢波點的直 達(dá)波6及小型陷落柱的繞射波7;
[0032] C、分別在1#~10#檢波點所接收到的繞射波波列中搜索最大振幅值所對應(yīng)的時間 ti;
[0033] D、確定小型陷落柱橫向及縱向位置；
[0034] E、根據(jù)步驟D確定的橫向及縱向坐標(biāo)位置最終確定小型陷落柱中心的實際位置。
[0035] 進一步，步驟D中確定小型陷落柱橫向位置的方法為：
[0036] I、通過每個檢波點的位置xi( i = 1，10)及每個檢波點4接收到的繞射波波列中 搜索最大振幅值所對應(yīng)的時間ti(i = 1，10)，確定繞射波最大振幅值的坐標(biāo)(xi，ti);
[0037] n、將接收到的十個繞射波最大振幅值的坐標(biāo)點擬合成雙曲線；
[0038] m、求出雙曲線的頂點坐標(biāo)(xpeak，tpeak)，雙曲線的頂點橫坐標(biāo)xpeak位置即為小型 陷落柱中心的橫向位置。
[0039] 進一步，步驟D中確定小型陷落柱縱向位置的方法為：
[0040] a、將頂點橫坐標(biāo)Xpeak所對應(yīng)的縱軸以lm為單位進行分段，每一段的中點依次記為 yn(n = 1，2，3......)，則小型陷落柱的預(yù)計位置即為(xpeak，yn);
[0041] b、如n = l時，即假設(shè)小型陷落柱的位置為(Xpe5ak，yi)，依次計算出十個檢波點繞射 波的旅行時間
[0042] 式中：i = l，2~10，v為介質(zhì)的平均速度，x_rce及y_rce為炮點二維坐標(biāo)；
[0043] c、在各檢波點記錄上找出t i, i時刻對應(yīng)的振幅A i, i，將振幅的絕對值求和得 10 4. = ￡|4, i|; i=l
[0044] d、同理，n = 2,3......時，重復(fù)步驟b、步驟c，求出A2、A3......;
[0045] 6、比較八1、八2、八3......的大小，得出Amax，Ainax所對應(yīng)的n值為小型陷落柱的縱向位置 ypeak，即為小型陷落柱中心的實際縱向位置。
【主權(quán)項】
1. 一種基于繞射波的回采工作面小型陷落柱探測方法，其特征在于，包括W下步驟： A、 在皮帶巷（1) 一側(cè)中部設(shè)一個炮點（2)，激發(fā)地震波，在對應(yīng)的軌道巷(3)布置十個檢 波點(4)分別為1#~10#檢波點，道間距為7.5m，并通過地震儀獲取地震記錄； B、 根據(jù)地震波傳播時間先后順序，地震記錄中能夠分別獲取1#~10#檢波點的直達(dá)波 (6)及小型陷落柱的繞射波(7); C、 分別在1#~10#檢波點所接收到的繞射波波列中捜索最大振幅值所對應(yīng)的時間ti; D、 確定小型陷落柱橫向及縱向位置； E、 根據(jù)步驟D確定的橫向及縱向坐標(biāo)位置最終確定小型陷落柱中屯、的實際位置。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于繞射波的回采工作面小型陷落柱探測方法，其特征 在于，步驟D中確定小型陷落柱橫向位置的方法為： I、通過每個檢波點的位置XiQ = I，2-'10)及每個檢波點（4)接收到的繞射波波列中捜 索最大振幅值所對應(yīng)的時間ti(i = 1，10)，確定繞射波最大振幅值的坐標(biāo)(Xi，ti); n、將接收到的十個繞射波最大振幅值的坐標(biāo)點擬合成雙曲線； 虹、求出雙曲線的頂點坐標(biāo)(Xpeak，tpeak)，雙曲線的頂點橫坐標(biāo)Xpeak位置即為小型陷落 柱中屯、的橫向位置。3. 根據(jù)權(quán)利要求1中所述的一種基于繞射波的回采工作面小型陷落柱探測方法，其特 征在于，步驟D中確定小型陷落柱縱向位置的方法為： 曰、將頂點橫坐標(biāo)Xpeak所對應(yīng)的縱軸Wlm為單位進行分段，每一段的中點依次記為yn(n = 1,2,3……），則小型陷落柱的預(yù)計位置即為(Xpeak，yn); b、如n=l時，即假設(shè)小型陷落柱的位置為(Xpeak，yi)，依次計算出十個檢波點繞射波的 旅行時間：式中：i = ，V為介質(zhì)的平均速度，Xsnurce及ysDurce為炮點二維坐標(biāo)； C、在各檢波點記錄上找出ti,i時刻對應(yīng)的振幅Al, 1，將振幅的絕對值求和得d、 同理，n = 2,3......時，重復(fù)步驟b、步驟C，求出A2、A3......; e、 比較Al、A2、A3......的大小，得出Amax，Amax所對應(yīng)的n值為小型陷落柱的縱向位置ypeak， 即為小型陷落柱中屯、的實際縱向位置。
【文檔編號】G01V1/30GK105911588SQ201610323984
【公開日】2016年8月31日
【申請日】2016年5月16日
【發(fā)明人】王勃, 劉盛東, 周福保, 黃蘭英, 章俊, 姜永虎, 郝家林, 余森林, 張夏陽
【申請人】中國礦業(yè)大學(xué)