[发明专利]一种煤层底板下伏陷落柱超前探测方法

说明书

一种煤层底板下伏陷落柱超前探测方法，在巷道底板布置激发点，接收点，激发点激发地震波，当地震波到达下伏陷落柱，接收点接收地震波信号传给地震主机，由于下伏陷落柱顶点及前边界各断陷点处波阻抗较四周存在差异，当激发的地震波遇到下伏陷落柱时，地震主机能接收到顶点及前边界断陷点绕射波信号，并对顶点绕射波信号、前边界绕射波信号进行计算，确定顶点及前边界断陷点的位置；当地震波到达下伏陷落柱，地震主机接收下伏陷落柱后边界的延迟绕射波信号，通过计算确定后边界断陷点的位置，将顶点、前边界断陷点及后边界断陷点位置相连接，判定下伏陷落柱空间形态。本发明能精准地探测出隐伏于煤层底板以下的陷落柱并能确定陷落柱的空间形态。

技术领域

本发明涉及一种陷落柱探测方法，具体是一种煤层底板下伏陷落柱超前探测方法，属于煤矿巷道安全生产技术领域。

背景技术

陷落柱是煤系下伏灰岩中溶洞顶部覆岩发生塌陷所形成的陷落体，是我国华北型煤田中一种典型的隐伏垂向构造，因具有随机性及不确定性，其诱发的突水隐蔽性强、速度快、水量大、破坏性强，对煤矿安全生产的危害极大。随着煤矿采深的逐年增加，由煤层底板隐伏陷落柱导致的奥灰岩溶陷落柱突水事故呈现高发态势，造成了巨大的损失。

通过检索相关科技文献，发现对于隐伏于煤层底板以下的陷落柱，现有地面三维地震勘探技术几乎无能为力；在煤矿井下，反射槽波法是矿井地震勘探的重要方法，但由于槽波主能量在煤层内部传播，对于隐藏在煤层底板下方的陷落柱(简称下伏陷落柱)则难以探测，因此亟需寻求新型陷落柱探测方法，确保巷道安全掘进。

中国发明专利2019年12月31日公开的一种公开号为CN110632667B的“一种基于冲击波激震条件下的隐伏陷落柱超前探测方法”，通过冲击波激发震源进行多次激发，利用绕射波信号拟合曲线对煤层下方的陷落柱进行探测成像，但此专利只解决了隐伏陷落柱的侧界面探测，一个边界位置信息无法判定陷落柱的空间形态，进而不能确定陷落柱的直径及规模，致使陷落柱治理方法缺乏针对性；中国发明专利2019年12月33日公开的一种公开号为CN110531419B的“一种利用Love型面波的陷落柱超前探测方法”，此方法旨在探测迎头前方是否存在陷落柱及位置，其探测对象不是隐伏于煤层底板以下的陷落柱。

发明内容

本发明的目的是提供一种煤层底板下伏陷落柱超前探测方法，施工简单、使用便捷，能够精准地探测出隐伏于煤层底板以下的陷落柱并能确定陷落柱的空间形态，为后续煤巷的安全掘进提供指导。

为了实现上述目的，本发明提供一种煤层底板下伏陷落柱超前探测方法，包括以下步骤：

①在巷道底板分别布置n个激发点，m个接收点，激发点用来激发地震波，激发点发出地震波后到达下伏陷落柱，其反馈的绕射波信号被接收点接收，并通过地震大线传给地震主机；

②通过激发点激发地震波，当地震波到达下伏陷落柱时，接收点接收到地震波信号并传给地震主机，地震主机接收到下伏陷落柱顶点绕射波信号、前边界绕射波信号，所述前边界为由前边界断陷点1,2…i相连形成的边界，其原理(结合图理解)为：从陷落柱定义可知，陷落柱是煤系下伏灰岩中溶洞顶部覆岩发生塌陷所形成的陷落体，这种塌陷使层状岩层发生显著断裂，进而使得陷落体与层状岩层接触部位形成顶点(也可以说成顶点断陷点)、前边界断陷点1,2…i，由于前边界断陷点的存在，使得前边界各断陷点处波阻抗较其四周存在显著差异，因此，当激发的地震波遇到下伏陷落柱时，地震主机会接收到来自顶点及前边界断陷点1,2…i的绕射波信号；

③对步骤②中的顶点绕射波信号进行计算，确定顶点绕射波主能量方向α_x,y(x＝1…n,y＝1…m)，通过α_x,y(x＝1…n,y＝1…m)确定顶点的位置；通过基于广义S变换的极化分析方法对步骤②中的前边界断陷点绕射波信号进行计算，确定前边界断陷点绕射波主能量方向α_x,y,z(x＝1…n,y＝1…m,z＝1…i)；通过α_x,y,1(x＝1…n,y＝1…m,z＝1)确定前边界断陷点1的位置，同理确定其它i-1个前边界断陷点的位置；