1.一种基于冲击波激发震源的转换SH波探测冲刷带方法,其特征在于,该方法的具体步骤为:
步骤一:在回采工作面进风巷的入口处、中间处以及切眼处,分别向工作面内施工一个钻孔,钻孔长度为N米;
步骤二:将三个冲击波激发震源分别送入到三个钻孔的最深处;
步骤三:在回采工作面回风巷布设m个安装孔,相邻安装孔的间距为5米,在每个安装孔内均布置一个检波器,各个检波器与地震记录仪连接;
步骤四:选取切眼处的钻孔首先进行激发,将冲击波激发震源从钻孔最深处进行第一次激发,然后冲击波激发震源由内往外每偏移5m进行一次激发,形成一个震源组,分别为S11、S12、S13…S1n,将各个检波器实时接收各个震源产生的地震波并传递给地震记录仪,此时n个震源形成的n个共炮点道集构成一个共炮点道集组;
步骤五:在其他两个钻孔中重复步骤四,分别形成其他两个震源组,分别为S21、S22、S23…S2n和S31、S32、S33…S3n,并构成了两个共炮点道集组;
步骤六:沿煤巷建立三维坐标系,X方向为煤层倾向方向,Y方向为煤层走向方向,Z方向为垂直于煤层方向,以进风巷入口处为原点建立三维坐标系,将各个冲击激发震源位置与各个检波器位置归入到上述三维坐标系中,建立回采工作面透射观测系统;
步骤七:在三个共炮点道集组中选取其中一个共炮点道集组的n个共炮点道集进行分析,选取其中存在冲刷带转换SH波信号的地震记录,并在该地震记录中选取带有转换SH波的时窗t1,t2,t3…tn;
步骤八:对步骤七得出的时窗t1,t2,t3…tn中的转换SH波分别进行能量计算,具体过程为:
(1)在震源S11形成的共炮点道集中选取时窗t1内一个周期长度的冲刷带转换SH波同相轴;
(2)利用冲刷带转换SH波同相轴在不同时段的能量进行计算,步骤如下:Ⅰ、转换SH波的能量与介质的能量衰减系数和传播距离的关系:‑βr
A=A0e
其中A0是转换SH波初始能量,A是传播距离r后的能量,β是衰减系数;
Ⅱ、在回采工作面透射观测系统中,质点振动方向与检波器灵敏方向存在一定角度θ,考虑角度θ对转换SH波能量的影响,上述公式整理为:‑βr
A=A0e sinθ
Ⅲ、求取衰减系数β,步骤如下:A、将三维坐标网格化,网格大小为1m;
B、震源S11与每个检波器构成一条射线,选取其中一条射线进行求解,该射线经过的网格内介质衰减系数假设为β1,β2,β3…βn,则其离散化得到:C、两边取对数得出:
T
D、令: B=[β1β2β3…βn],r=[r1r2r3…rn] ;
E、则有矩阵:
Br=b
F、重复上述B至E,构建另外m‑1条射线的矩阵;
G、求解步骤E及F的m个矩阵,即可获得该共炮点道集组中所有射线经过的网格的衰减系数;
H、利用克里格插值方法计算工作面内未经过射线的网格的衰减系数,从而形成工作面区域内的所有网格的衰减系数;
I、根据衰减系数计算工作面区域内的所有网格的转换SH波的能量;
Ⅳ、与没有冲刷带区域相比,冲刷带区域的转换SH波能量明显偏大;能量值超过阈值P的范围即为冲刷带区域,阈值P的求取方法如下:A、将整个能量区域离散化,获得k个能量点数值Ej,j=1,2…k;
B、求取其平均值:
C、计算其标准差:
D、阈值为:P=平均值+标准差;
(3)对该共炮点道集组中n‑1个共炮点道集重复步骤(1)和(2),即能获得n‑1个能量计算结果;
步骤九:将步骤八的能量计算结果进行叠加处理后,得出工作面内冲刷带的成像结果;
步骤十:对另外两个共炮点道集组重复上述步骤七至步骤九,得出另外两个工作面内冲刷带的成像结果;
步骤十一:将步骤九及十的三组成像结果进行叠加处理,重叠范围即为工作面冲刷带准确范围。