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专利号: 2021114577724
申请人: 中国矿业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种基于工作面透射地震观测的煤层下伏陷落柱探测方法,其特征在于,具体步骤为:步骤一:将工作面回采方向定义为X,工作面切眼方向定义为Y,垂直于顶底板方向定义为Z,建立工作面XYZ坐标系;工作面的皮带巷在靠近工作面一侧的侧帮上布设多个接收点,多个接收点等间距设置且处于同一直线上;每个接收点均设有三分量检波器,各个三分量检波器与地震仪连接,工作面的轨道巷在靠近工作面一侧的侧帮上布设多个激发点,多个激发点等间距设置且处于同一直线上,各个激发点均设有震源,各个接收点和各个激发点处于同一水平面,完成工作面透射地震观测系统的布设工作;

步骤二:多个激发点上的震源依次激发,各个接收点上的三分量检波器分别接收各个震源的地震波信号,并传递给地震仪记录分析后,获得工作面三维散射成像模型,成像模型的坐标系与工作面XYZ一致,其中Z=0代表煤层底板0m处,X和Y分别代表在工作面走向和宽度方向的位置,将工作面XYZ空间进行网格化,形成分别在三个方向上以ΔX、ΔY和ΔZ为间隔的共l×w×d个网格;

步骤三:设某一网格存在陷落柱散射点,背景速度为vi,则能计算该网格到某一激发点和检波点之间的散射波旅行时ti及传播路径向量 此时由传播路径方向确定理论上P、SH和SV波的偏振方向,即向量 和步骤四、利用基于小波变换的自适应协方差极化分析方法计算各个检波点接收各个激发点信号中所有ti时刻的三分量信号主极化方向 并将X、Y和Z三个分量相应时刻的能量合成至主极化方向上,形成主极化方向能量Ei;

步骤五:设定背景速度取值区间[vmin,vmax],背景速度取值间隔Δv,利用不同的背景速度v1,v2……vn获取某一网格散射点到某一激发点和检波点之间的散射波旅行时t1,t2……tn对应的主极化方向能量E1,E2……En,其中最大值Emax即为此网格散射点的主极化方向能量,由此能根据此时主极化方向 和理论上P、SH和SV波的偏振方向 和 间的夹角提取相应不同类型波的能量,分别记为Epi、Eshi和Esvi;

步骤六:重复步骤五依次计算每个网格在所有激发点和检波点之间的不同类型波能量,并将每个网格获得的不同类型波能量进行同类波直接叠加,获得每个网格叠加后的Eptol、Eshtol和Esvtol;

步骤七:将步骤六获得的网格不同类型散射波能量Eptol、Eshtol和Esvtol分别放置于P波成像模型、SH波成像模型和SV波成像模型,分别形成工作面底板的P波、SH波和SV波的三维成像,最终根据各个三维成像能对煤层下伏陷落柱的位置进行精确探测。

2.根据权利要求1所述的一种基于工作面透射地震观测的煤层下伏陷落柱探测方法,其特征在于,相邻接收点之间的距离为10m;相邻激发点之间的距离为10m。

3.根据权利要求1所述的一种基于工作面透射地震观测的煤层下伏陷落柱探测方法,其特征在于,所述步骤三具体为:设网格中心点坐标为(Xi,Yi,Zi),激发点坐标为(xsi,ysi,zsi)和接收点坐标为(xri,yri,zri),则散射波旅行时ti为:则传播路径 为:

由地震波偏振理论得出,向量 平行于传播路径 垂直于激发点和接收点所在平面且与传播路径 垂直, 位于激发点和接收点所在平面内且与传播路径 垂直,因此,根据空间向量计算法能依次求取向量 和

4.根据权利要求1所述的一种基于工作面透射地震观测的煤层下伏陷落柱探测方法,其特征在于,所述步骤四具体为:(1)采用Morlet小波对三分量信号进行小波变换,并进行自适应协方差矩阵极化分析,得出矩阵M存在3个特征值,且λ1>λ2>λ3,及相应的特征向量 分别为vkx,vky,vkz,k=1,2,

3,由此能计算信号:

主极化方向

倾角

方位角αi=arctan(v1y/v1x)

(2)主极化方向能量Ei的计算:

将三分量地震信号的振幅取平方能获得其相应的能量,分别为Ex、Ey和Ez,将三个方向能量合成至主极化方向上,得到:Ei=Excosαicosδi+Eysinαicosδi+Ezsinδi。

5.根据权利要求1所述的一种基于工作面透射地震观测的煤层下伏陷落柱探测方法,其特征在于,所述步骤五具体为:(1)首先利用设定的不同背景速度v1,v2……vn计算某一网格散射点到某一激发点和检波点之间的散射波旅行时t1,t2……tn;

(2)比较网格散射波在不同速度下主极化方向能量,并选取最大能量值Emax;

(3)计算主极化方向与理论P波、SH波和SV波的夹角cosθtp、cosθtsh和cosθtsv:(4)计算提取的三种网格散射波能量:

Epi=Emax×cosθtp;Eshi=Emax×cosθtsh;Esvi=Emax×cosθtsv(5)由此可完成不同类型散射波的信号提取。