煤矿井下防爆槽波地震仪

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1、槽波煤矿井下地震勘探和防爆槽波地震仪煤矿井下地震勘探和防爆槽波地震仪——最有效、最精确的井下地震勘探方法一、前言众所周知，地面地震勘探方法是物探方法中分辨率最高，最精确的勘探手段，也是煤田勘探中普遍应用的方法。井下槽波地震勘探法是在煤矿巷道内勘探工作面内的煤层结构和各种地质异常。地震测线和激发点（炮点）距离目标体很近，并且槽波对异常体非常敏感，槽波数据解释又是以巷道已知地质资料为依据、从已知到未知，因此槽波地震勘探是最有效、最精确、分辨率最高的井下地震勘探方法。早在一九五五年，F.F.艾维逊就对槽波用于采煤业的可能性做了预见性的肯定。但直到一九六

2、三年才由T.C.克雷正式发表了关于槽波在煤层中传播模式理论。经过三十多年世界若干个研究团体的努力，槽波方法已经发展成为一种成功率很高的实用性的“槽波地震勘探技术”（ISS）。ISS在科学上得到了证明，在仪器和方法上得到了发展，并成功地用在世界上各种各样的煤矿区。德国、英国、澳大利亚、美国、波兰、西班牙、俄罗斯、匈牙利等国，已将井下槽波地震勘探作为采前最有效的勘探手段。槽波又称之为导波或煤层波。槽波在煤层中激发，通过同一煤层传播、衰减和反射，并在同一煤层中被接收。由于煤的密度和弹性波传播速度大体上小于围岩的一半，所以在煤层内激发的弹性波大部分能量不

3、能向煤层外部传播，而总是在两个界面（煤层顶板和底板）之间反射和混响，从而形成一种特殊的弹性地震波——槽波。槽波地震探测技术主要用于井下探测煤层的不连续性，如煤层厚度变化，矸石层分布，大、小断层，陷落柱，剥蚀带，古河床冲刷，岩墙，老窑等，并可判断煤层压力的相对变化。而这些尺寸只有1~2米或更小的地质异常在地面上用地震勘探和其他勘探手段是无法探测出来的，可就是这些不能预先被测出来的小构造能给正规的采煤工作造成很大的经济损失。目前，我国许多煤矿采用综合机械化采煤设备，由于机械设备多，装备一个工作面要好几个月的时间，耗资数千万元，如果遇上一个未知的落差约

4、为煤层厚度大小的断层，其费用会增加20%以上，若遇到未知的大断层，这种工作面就将报废。如果遇到陷落柱将会造成灾难性的损失。因此，现代化采煤技术迫切需要超前查明工作面前方的煤层状况，北京欧华联看见有限责任公司010-82920623&82920624www.ouhualian.comBOST@ouhualian.com槽波煤矿井下地震勘探和防爆槽波地震仪槽波地震探测技术是一种最佳的选择。俄罗斯在上世纪70年代早期研制了首台井下槽波地震仪（Tektonika1M），是12道模拟信号，动态范围仅40dB，主机重120Kg，很庞大。美国Texas研究所于

5、1975年研制了MDH-01井下槽波地震仪，是24道模拟信号，该设备需要15个包装箱，很笨重。德国DMT公司在上世纪80年代研制出了世界上最先进的煤矿井下防爆槽波数字地震仪（SEAMEX-80、SEAMEX-85），并广泛应用于井下槽波勘探。上世纪末和本世纪初，DMT公司对SEAMEX-85槽波地震仪做了全面改进和更新，先后推出Summit防爆槽波地震仪和SummitⅡEx防爆槽波地震仪，成为世界上最先进的防爆槽波地震勘探系统。二、槽波1.槽波形成当在煤层中激发一个震动时，便会产生地震波，包括P波和S波。这个地震波向四周扩散，传播。在煤层内部直接

6、向前传播的称为直达波。由于煤层的波速明显低于顶板和底板的围岩波速，当震源产生的地震波传播到煤层顶板和底板界面上将会被全部反射回煤层之中，相互混响、叠加形成槽波。如图所示。炮点图1（根据杨真资料）这种全反射使地震波能量被限制在煤层之中，基本上不向顶底板围岩扩散，因此槽波在煤层中能传播的很远。煤层中槽波还与煤层厚度有关，煤层越薄，槽波频率越高，在煤层中传播的距离就越短。因此槽波法探测的距离与煤层厚度成正比。但煤层越薄槽波的频散特性也越强。上图描述的槽波形成过程是：煤层内炮点产生的地震波，向顶底板传播，在A区由于北京欧华联看见有限责任公司010-829

7、20623&82920624www.ouhualian.comBOST@ouhualian.com槽波煤矿井下地震勘探和防爆槽波地震仪地震波的入射角小于临界角，所以一部分能量透过顶底板向围岩中泄露，而另一部分能量反射回煤层内部，A区成为泄露区。在B区和C区入射角大于临界角，地震波在顶底板界面上被全反射和全折射回煤层之中，这些反射和折射回煤层之中地震波，在C区内相互叠加混响形成槽波。由于槽波是由不同类型和频率的地震波叠加而成，所以槽波的传播速度是频率的函数，槽波是频散波。2.井下槽波勘探中记录到的地震波煤层内激发的地震波除图1所示在顶、底板形成透射

8、、全反射和折射之外，还有直达波（直达P波和直达S波）。所以井下槽波勘探中记录到的地震波有：直达P波和直达S波（体波）勒夫波（L）和埃