煤矿井下槽波地震技术与装备
槽波地震仪组成 ppt课件
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当煤层中的炮点起爆时，首先启动触发脉冲单元和触发单元。触发单元立即唤 醒各数据采集站开始记录来自检波器的地震信号，再通过数据传输电缆传输过程至中 心站。传输过程中地震信号不可避免的要衰减，因此每隔250m要加一个中继站，对 衰减的数字信号进行放大，以便继续传输。上述的所有过程都是由中心站控制的。 现分述如下： 1.Summit Ⅱ Ex-pc中心站
不锈钢键盘上有5个状态指示灯LED。左侧2个绿灯变亮时表示供电电压已加到两 个电路上。
右侧3个状态指示灯LED（绿，红，黄）代表线路接口通电情况。绿灯亮，表明线 路接口通电；红灯亮起，表明触发允许指令有效；黄灯闪，表明summit线缆正运行 传输指令。
2. Summit Ⅱ Ex 采集站
采集站由Ex-PC 中心站控制。并与双 芯扁平线缆共同完成数据和指令的传 输工作。每一个采集站都有唯一的地 址码，标在外壳盖儿上，很容易看到。 6节镍镉电池充电电池为采集站提供电 力支持，这6节电池可给两块板供电， SPM（信号处理模块）和BPM（电池 电源模块）。SPM 对检波器收集到的 信号进行前置放大，检波，数字化， 叠加，相关和存储。BPM负责为SPM 提供电力支持和给电池充电。Ex 采集 站的外壳为导电塑料材质。
图3-3 采集站
采集站有两个检波器接口，分别为SNAP连接口和电池充电器的连接口。
需知：严禁在地下以及爆炸性气体环境中连接电池与其充电器并对电池进行充电！
一个采集站可以对两个信道的模拟信号进行数字化。每个信道分别连接到左右 两个检波器连接器上，也可将2个信道同时连接在左边的检波器连接器上。当使用 GS-A检波器探头进行地震勘查时就可以进行这样的连接。GS-A检波器探头有两个记 录分量，通过连接器与采集站连接。
槽波地震勘探法在煤层构造探测中的应用
Mine Engineering 矿山工程, 2021, 9(2), 132-137Published Online April 2021 in Hans. /journal/mehttps:///10.12677/me.2021.92020槽波地震勘探法在煤层构造探测中的应用姜启严，吴荣新，周官群安徽理工大学地球与环境学院，安徽淮南收稿日期：2021年3月17日；录用日期：2021年4月18日；发布日期：2021年4月25日摘要在煤矿开采中，槽波地震勘探是探查工作面内隐伏构造及不良地质体的有效手段。
本文以淮北矿业集团童亭煤矿8173工作面为例，采用槽波反射和透视地震方法，通过对采集数据进行滤波、能量分析，得到槽波能量衰减图，确定了工作面内的不良地质构造，与后期钻探资料成果基本吻合，为该工作面的开采提供了地质依据。
关键词物探，槽波，煤层，地质构造Application of In-Seam Wave SeismicExploration Method in the Exploration ofCoal Seam StructureQiyan Jiang, Rongxin Wu, Guanqun ZhouSchool of Earth and Environment, Anhui University of Science and Technology, Huainan AnhuiReceived: Mar. 17th, 2021; accepted: Apr. 18th, 2021; published: Apr. 25th, 2021AbstractIn coal mining, in-seam wave seismic exploration is an effective means to detect hidden structures and bad geological bodies in working face. Tongting coal mine 8173 working face in Huaibei min-ing industry group as an example, uses the channel wave seismic methods, reflection and perspec-tive based on the collected data filtering, energy analysis, to get the channel wave energy attenua-姜启严等tion and determine the adverse geological structure in the face, and is anastomosed with the late drilling data, the basic work for the mining geological basis is provided below.KeywordsGeophysical Prospecting, Channel Wave, Coal Seam, Geological StructureThis work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY 4.0)./licenses/by/4.0/1. 引言目前，我国经济迅速发展，对矿产资源的需求量越来越高，因此矿产资源的开发规模也越来越大[1]。
槽波地震勘探技术在工作面小构造探测中的应用
义安煤矿 １ １ ０ ６ １工作 面进行 了透射 法探 测。通 过 Ｃ Ｔ成像 可 以分辨 工作 面 内与煤厚 相 当的 小构 造 ，
同时还 能获得 围岩 高应 力 区及 瓦斯 富 集带等地质 信 息 。探 测结 果可作 为煤矿 安全 回采 的依 据 。
随着煤矿 生产安 全要 求和 机械化 程度 的提高 ，
工作 面 内部小 构造 引起 的安 全 和生产 问题越 来越 突
５ ０ ０ ０ ｍ ／ ｓ ，横波 速 为 １ ６ ０ ０ － ４ ０ ０ ０ ｍ／ ｓ 。在地质 剖面
中 ，顶底 板岩层 上下 界面 构成 了高 波阻抗 界面 ，煤
槽 波地 震勘探 技术在 工作 面小构 造探 测 中的应 用
乐 勇 ，王 伟 ２ ，申青春 ，吕东亮
（ １ ．河南大有 能源股份 有限公 司，河南 义马 ４ ７ ２ ３ ０ ０ ； ２ ．中国科学院地理科学与资源研究所资源与环境信 息系统国家重点实验 室，北京 １ ０ ０ １ ０ １ ）
关 键 词： 槽 波地 震勘探 ； 小构 造 ；透射 法；Ｃ Ｔ成像 文献 标识码 ：Ａ ＤＯ Ｉ ： １ ０ ． ３ ９ ６ ９ ￣ ． ｉ ｓ ｓ ｎ ． １ ０ ０ １ ． １ ９ ８ ６ ． ２ ０ １ ３ ． ０ ４ ． ０ １ ８ 中图分 类号：Ｐ ６ ３ １
Ａｐｐ ｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏｎ ｏ ｆ Ｉ Ｓ Ｓ ｉ ｎ ｄｅ ｔ ｅ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ ｓ ｍａ ｌ ｌ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕｒ ｅ ｓ ｉ ｎ ｗｏ ｒ ｋ ｉ ｎｇ ｆ ａ ｃ ｅ
ａ ｃ ｃ ｉ ｄ ｅ ｎ ｔ ． Ｉ Ｓ Ｓ（ Ｉ ｎ － Ｓ ｅ ａ ｍ Ｓ ｅ ｉ ｓ ｍｉ ｃ ）ｅ ｘ ｐ ｌ ｏ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ｗａ ｓ ｕ ｓ ｅ ｄ ｔ ｏ ｄ ｅ ｔ ｅ ｃ ｔ ｔ ｈ ｅ ｗｏ ｒ ｋ ｉ ｎ ｇ ｆ ａ ｃ ｅ １ １ ０ ６ １ ｉ ｎ Ｙｉ ’ ａ ｎ ｃ ｏ ａ ｌ
槽波地震勘探方法研究
槽波地震勘探方法研究随着社会经济的快速发展，煤炭开发技术得到了很大进步。
在开采煤炭的过程中应该做好地震的勘探工作，做好地震的防护措施。
当前地震勘探技术有很多，其中槽波地震勘探方法受到大家的广泛关注。
这项技术主要是通过挖掘煤层时激发的地震波在传输的过程中，会形成一定的反射角度，经过多种反射角度的混合，就会在煤层中显现出槽波，进而工作人员能够判断出该区域的地质构造，文章主要阐述了这种方法的特点及具体的探测方法。
标签：槽波；特点；槽波地震勘探；方法1 槽波的特点槽波自身有很多的特点，其中最为突出的特点就是频散，也就是说频率的函数就是关于槽波的传播速度。
槽波存在着很多不同频率的波段，而且这些波段的传播速度是不同的，而且会因为距离的远近而发生变化，在传播的过程中会形成一个不断变化频率的长波队列。
在槽波传播的过程中频散会由于能量的不同导致传播速度发生改变，这种改变在实际观察的过程中会形成一个曲线。
频散通常会给地震勘探带来很多的问题，具体来说可以分为三个方面。
第一，频散会导致设备不能够精准的判断波段到达的时间，在地面上地质勘探分析设备上也存在着传播时间不均匀的情况，所以必须做好这方面的处理工作，当前主要是采用速度分析法来适应这种变化。
第二，不同类型的槽波会在传播的过程中出现重叠现象，而且这种重叠很难被分开。
第三，随着波段队列不断的分散，就会导致振幅不断的减弱。
通过图1我们可以观察到在同一频率的情况下，煤层的厚度和勒夫波频散成反比，也就是说煤层越厚，勒夫波频散的速度就越低。
在外面不了解煤层的厚度时，我们通常可以先探测一下煤层，如果发现煤层的厚度超过了一定量，那么我们就可以降低频率，如果我们发现煤层的厚度比较薄，我们就需要增加频率。
通过对槽波特点进行了解，我们能够更好地采取措施，尽量减少频散对地震勘探带来的问题，提高地震勘探的准确度和有效性。
图1 勒夫波频散与煤层厚度的变化关系槽波在煤层内部传播的过程中会有低速度、高频率的特征。
浅谈槽波地震勘探
作者简介：赵护林（1965—），男，陕西渭南人，物探工程师，本科，毕业于长安大学，从事煤炭地质工作。 （邮箱）651218007@
入射槽波
槽波损失 槽波损失
反射槽波
透射槽波
断层落差小于煤层厚度
入射槽波
槽波损失
反射槽波 断层落差大于煤层厚度
பைடு நூலகம்
辐射再激发的槽波
入射槽波
槽波损失 （d） 煤层分叉
图3 槽波传播示意图 (a、b、c、d)
在正常情况下，槽波能量被禁锢在煤层中不断向前传 播，能量损失很小，当遇到断层，煤层厚度变化，陷落柱 等地质构造，槽波能量损失会很大甚至完全消失。
透射法是槽波勘探中最基本的方法，其有效波是透射槽 波信号，即由炮点激发的槽波透过煤层直接传播到检波器 的信号。炮点与检波器布置在煤层采区周围不同巷道内 （如图4）。根据槽波的有无、强弱来判断在相应的透射射 线扇形区域内有无断层存在。在没有断层的情况下，即图 4中的槽波透明区，检波器可以接收到很好的槽波信号。若 有断层，但断距小于煤层厚度，即图4中的槽波半透明区， 检波器接收到的槽波信号有明显减弱；若有断层，同时断 距大于煤层厚度，即图4中的槽波不透明区，这时检波器 几乎接收不到槽波信号。槽波透射法正是据此来探查断层 构造。
槽波是地震波在煤层中传播时产生的波导现象。1955 年，新西兰地球物理学家Evison在新西兰煤矿首次发现了 煤层间的波导现象。德国教授Krey于1963年从理论和实践 层面证明了煤层中槽波的存在，给出了槽波传播的数学方 程式。他在现场测量中发现在低速夹层的地层中会形成槽 波。槽波有着很强的频散特性，槽波传播具有埃里相特 征。世界上槽波大规模研究始于20世纪70年代中期，德国 于1985年研究出SEAMEX-85型槽波地震仪与ISS槽波数据处 理软件。
煤矿安全生产先进适用技术装备推广目录(第三批)
装备
能较好；采用机械螺旋排渣与高压液体排渣相结合，解决了下行钻孔的排渣难题，为持续打钻提供时 施工
间和空间保证。该装备可满足高抽巷下向孔施工要求，是常规大功率钻机效率的 122%，一般钻机效率
的 147%；移动更加方便，降低了劳动强度。
煤矿重大 灾害防治 技术装备
该技术构建了煤岩动力灾害声发射前兆模式，研发了应力主导型煤岩动力灾害声发射预警技术，明确
5
动瓦斯抽采技 并配套形成了适合于顶板高位大直径定向钻孔施工的大功率定向钻进装备；本套技术（装备）通过在 钻孔施工
术与高效快速 寺河煤矿进行的现场试验和技术示范，钻孔成孔直径达到 153mm，最大深度达到 1026m，钻孔瓦斯抽采
成孔技术装备 纯量较大，采动区瓦斯抽采作用较为明显。
序号 专业类别 技术装备名称
技术装备特点及推广理由
适用领域
该系统在 VRMine 平台上建立真三维井巷模型，以超声扫描测风技术精确测量和采集的矿井通风参数（风
6
基于实时精确 测风的通风监
速、风向）为基本参数，对全矿井通风网路进行实时分析和解算，建立矿井安全可靠、经济实用的动 态通风数字模拟系统。精确测风硬件系统对矿井井巷通风参数实时自动采集和动态监测，三维通风分
报。其各部分既可以独自成立系统，亦可几个综合集成。
该技术主要基于煤层内预制切槽导向水压致裂的卸压增透模型，获得切槽煤层水压致裂下的裂纹扩展
煤矿重大 低渗煤层脉冲 及渗透率演化规律，实现切槽卸压场与水压致裂场的有效结合，提高煤层内整体增透效果。配备高压
4
ห้องสมุดไป่ตู้
灾害防治 水力切槽致裂 脉冲水射流振荡发生装置，优化了脉冲振荡发生装置的结构参数，提高了穿层抽采钻孔瓦斯抽采能力 水 压 致 裂 技术装备 增透瓦斯高效 与抽采范围。基本实现了钻孔瓦斯抽采流量提高 1.4～2.9 倍，煤体透气性系数平均增大 85～89 倍， 增透防突
槽波地震仪Summit ⅡEx组成
槽波地震仪正如前言所述，德国DMT公司研发的新一代防爆槽波地震仪Summit ⅡEx是世界上最先进的槽波地震仪，目前它已销往西班牙、波兰、英国、俄罗斯等欧洲产煤国，并在德国国内得到广泛应用。
我国义马煤业集团和河北煤炭研究院、龙煤集团、中国矿业大学定购了新一代防爆槽波地震仪Summit Ⅱ Ex。
在工作面实测验收结果表明，仪器性能先进、轻便、操作简单，工作非常稳定，观测结果理想。
我国定购的防爆槽波地震仪Summit Ⅱ Ex均已圆满通过“安标国家矿用产品安全标志中心”和“煤炭工业电气防爆检验站”的安全防爆检测，并已获得“进口矿用产品安全标志证书”。
1.Summit Ⅱ Ex 防爆槽波地震仪包括：中心站（主机）数据采集站中继站双分量水平检波器触发单元触发脉冲单元爆炸机（可选用国内矿用爆炸机）数据传输电缆充电器槽波数据处理和解释软件包现简述如下：1）中心站（主机）外壳和键盘均采用不锈钢金属材料，专为井下勘探设计，具有极高安全系数和防爆功能。
15英寸LED背光彩色显示器，四组镍镉防爆可充电电池。
主机控制整个仪器操作，数据采集、管理和实时显示观测结果。
重22Kg。
配置四组防爆可充电电池。
2）数据采集站采集站外壳为导电塑料材质，具极高防爆功能，有2个状态指示灯LED指示采集站工作状态，重2.7Kg。
3）中继站中继站外壳以导电塑料材料。
每250m长测线接一个中继站，用来增强信号信号幅度。
状态指示灯LED代表中继站工作状态。
重2.7kg。
4）双分量水平检波器检波器互为垂直的双分量水平检波器，直径为55mm 。
检波器插入煤层中的孔洞后，用气筒给检波器胶囊充气使其膨胀，以便检波器紧紧的贴在巷道壁上。
在移出检波器时，只需轻轻按下阀门便可释放橡胶囊内部气体。
重3.3Kg 。
5）触发单元当触发单元接收到爆炸信号后，便立即触发数据采集单元和中继站开始记录，重 2.7Kg主机中内置的 USB 接口也具有触发功能，可以代替触发单元。
槽波地震勘探在煤矿大型工作面的应用
第43卷 第3期 煤田地质与勘探Vol. 43 No.32015年6月 COAL GEOLOGY & EXPLORA TION Jun . 2015收稿日期: 2013-11-11基金项目: 国家科技重大专项课题(2011ZX05040-002)作者简介: 任亚平(1982—)，男，陕西西安人，硕士，助理研究员，从事地球探测与信息技术工作. E-mail ：renyaping@ 引用格式: 任亚平. 槽波地震勘探在煤矿大型工作面的应用[J]. 煤田地质与勘探，2015，43(3)：102–104.文章编号: 1001-1986(2015)03-0102-03槽波地震勘探在煤矿大型工作面的应用任亚平(中煤科工集团西安研究院有限公司，陕西 西安 710077)摘要: 以陕北某煤矿大型工作面槽波地震工程为例，开展了超大型工作面内断层的槽波地震探测技术研究。
槽波探测采用全排列接收，最大限度地保障了槽波信息的获得。
根据得到的槽波记录数据以及CT 成像结果，解释了工作面内断层的发育情况，与后期巷道揭露情况基本吻合。
槽波地震勘探在大型工作面的成功应用，可为矿井实现盘区勘探提供技术支持。
关 键 词：地震；槽波；断层；盘区勘探；矿井中图分类号：P631 文献标识码：A DOI: 10.3969/j.issn.1001-1986.2015.03.021Application of ISS in supper large coal faceREN Yaping(Xi ′an Research Institute , China Coal Technology and Engineering Group Crop , Xi ′an 710077, China )Abstract: ISS has been developed for years. However, the application of ISS has never came to the truth in supper coal face. This paper studied the application of ISS in one supper coal face in northern Shaanxi. The geologic con-dition of ISS is very well for getting interesting records. For finding out the layout of the faults already exposed in roadway, all patches were set on for mostly receiving the channel waves. By analyzing the records of ISS and the CT image we got, the layout of the interest faults has been explained, which coincides basically with the actual situation later exposed in roadway. The explanation of the faults provides important information for the coal face production. The successful application of ISS in supper coal face provides technical support for exploration in panel.Key words: seismics; ISS; faults; panel exploration; coal mine槽波地震勘探技术最先研究与应用是20世纪60年代的德国[1-2]，20世纪80年代引入到我国。
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：
“无预报遇构造就是事故” 继续推进井下槽波勘探技术 通过槽波、坑透、钻探手段超前查明地质构造
（摘自崔建军、余北建副总经理在2017年煤炭生产及地测防治水工作会议上的讲话）
顶 板
煤 层 底 板
1
3200m/s
2000m/s 3200m/s
2017/7/10
回风顺槽
运输顺槽
宁东基地
黄陇基地
晋中基地
豫西基地
晋东基地 冀中基地
鲁西南基地 两淮基地
1955年，Evison首次激发与接收到由煤层制导的洛夫波 1963年，Krey给出了地震波在煤层中传播的数学公式 1975年，Lagasse和Mason采用数值法估算质点的位移 1978年，Buchanan对Love型槽波的衰减特性进行了研究 1980年，德国WBK开发出SEAMEX-80型防爆数字地震仪 1982年，Krey 等研究了三层模型的槽波衰减性质 1985年，Franssens等人讨论了泄漏振型槽波的影响 1985年，SEAMEX-85型槽波地震仪与ISS处理软件问世 1987年，Kerner和Dresen研究了夹矸及断层对槽波传播的影响 1988年，Cox等进行了Love型槽波地震试验，取得频散数据 1991年，Enru Liu 等研究了裂隙对Love型槽波传播的影响
仪器重量
人员配置 施工效率
主机
采集站 中继站
检波器 爆炸机 传输线
8
2017/7/10
204工作面
204工作面
1.将
拓展为
2.将工作面
拓展为
3.将
工作模式拓展为
4.将检波器“ 将
”拓展为 拓展为
回风顺槽 运输顺槽
巷道
9
工 区 数 据 管 理
2011SR062160
2011SR022415
2011SR020045
：煤层越厚，影响越小
：遵守“一炮三检”要求
1.2m
：压制声波
：正常布设
：采掘间歇
6m 203工作面
1.2m
14
2017/7/10
槽波发育 槽波不发育
回风顺槽 运输顺槽
阶梯状断层
阶梯状断层
雁列式断层
（黑色为槽波解释，红色为实揭断层）
15
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玻璃钢锚杆
钢钎
40cm钢钎
16
中国煤科
2017/7/10
电话：13509182686 邮箱：cjy6608@
98
17
变平点
E13
B55 B53 909.C39
4172400
4172300
粉色坑透结果
黑色槽波解释
4172200
4172100
阳煤集团榆树坡煤业有限公司
槽波探测的阳煤榆树坡模式
陷落柱 揭露点
黑色线条为槽波解释陷落柱、断层（3207面）
断层揭 露点
反射槽波
偏移60米 面积：88965m³ 产量：60万吨
2017/7/10
2011SR020033
2013SR085826
2013SR001359
0
0
100
200
200 400
300
400
600
500 800
600 1000
700
800
1200
30
35
40
45
50
55
60
65
20
30
40
50
60
70
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10
204工作面
204工作面
介休某矿TEM对比处理
朔州某矿TEM对比处理
2017/7/10
11
617000
617100
617200
4172900
4172800
晋北公司：榆树坡矿、碾沟矿 晋南公司：山凹矿 阳煤本部：二矿、五矿、兴裕矿、新元矿、寺家庄
4172700
4172600
81101面反射槽波
81101工作面开采15号煤层，煤层 平均倾角6°，厚度6.5m，标高 366~442m，埋藏深度586~646m， 走向长1673m，倾向宽220m
4172500
957.129 6°
6°
E39 958.138
10°
6° E37 961.118
E32 964.861
E35
964.875
4°
2.8 962.1
17,98
红色回采验证
X6119,35
2.5 E30 963.011
E28 2.5 955.198 8.21掌头
E26 952.675
X68 E24 2.6 944.173
3
1977年，国内学者介绍井下槽波技术 1982年，渭南厂试制出9通道模拟槽波地震仪 1983年，中国矿业大学开发槽波处理微机软件 1985年，煤科总院西安院引进SEAMEX-85仪器 1990年，西安院研制了国内首台槽波数字地震仪 1997年，DYSD-Ⅱ型防爆数字槽波仪出口印度
2008年，义马购置德国SUMMIT-Ⅱ型48道防爆槽波仪 2010年，西安院、中科院、矿大、地大等又开展槽波研究 2013~至今，槽波地震重新开始大范围推广应用
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6
6m 203工作面
1.2m
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7
放炮无需同步，高精度授时与守时； 数据实时采集，存储在采集站硬盘； 井下不需通信，到地面后统一回传； ：适配巷道条件，仪器道数任意扩展。
踏勘、设计、标点 仪器充电、授时 测点布设、炮点作业、收工 数据传输、处理、解释、报告
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运输顺槽
巷道
掘
进
工
断层
作
巷道
面
2
巷道
掘
进
工
断层
作 面
回风顺槽
运输顺槽
运输顺槽
掘
进
面
侧
巷道
帮
回 采 工 作 面
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100
1975~2014年槽波文献统计图
80
60
40
20
0 1975
1980
1985
1990
1995
2000
2005
2010
2015
新疆基地
东北基地
神东基地 晋北基地
陕北基地
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透明区(f=0)：透射能够顺利穿过 半透明区(0<f<h)：透射槽波绕射穿过 不透明区(f>h)：透射槽波将被阻断
槽波透视
白色-坑透、蓝色-瓦斯孔、黑色-槽波、红色-采掘
4
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F1=2.5m
F2=5m
煤层
围岩
断层
槽波正常区
槽波衰减区
槽波缺失区
Z
X
y
5
薄煤带
薄煤带
模拟结果与实测结果对比（左图为实际记录、右图为模拟记录）
8.10掌头 E22 2.8
941.145
E20 2.8 942.059
E18 2.9 942.030
E36
E16 2.6 940.544
E14
预测变平点
5°
E12 B58'
2101回风
E33
4°
960.525 2.8
957.7
2101进风
E31 5°9525..7463
95Байду номын сангаас.7
8.21掌头 E29
946.678 5° 2.9
943.7
8° E27 939.564 2.85
5° 最9低36.7 最低 E25
5° 最高 最高
5° 93E82.3845 2.3 3° 936.5 最低
5° E21
939.877 937.1
E19 2.8 944.821
E17 2.8 941.445
6.30
E15
3.7 946.665
12
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坑透、 槽波、
槽波探测煤厚图 实际回采煤厚图
13
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高家堡41103泄压前应力集中区弹性波扫描
3301辅运顺槽
放炮前探测结果
两次探放测炮结后果探差测值结果 3302工作面
3302皮带顺槽
韩家湾上组煤应力集中探测
薄~厚煤层槽波发育
：反射槽波不太适应
：煤层越软6，m 槽波越好