一種突出煤層巷道小斷層超前定性預(yù)報方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種突出煤層巷道小斷層超前定性預(yù)報方法，該方法通過在掘進(jìn)工作面前方設(shè)置激發(fā)點(diǎn)，在掘進(jìn)工作面頂板上方、底板下方各設(shè)置一個接收點(diǎn)，在掘進(jìn)工作面后方頂板上方、底板下方各設(shè)置一個接收點(diǎn)，再利用矢量地震儀分別獲取各接收點(diǎn)的X、Y分量地震信號，根據(jù)接收到的煤層斷點(diǎn)繞射波強(qiáng)能量特征，確定X、Y分量最大值振幅時間，根據(jù)該時間的信號計算主偏振方向，進(jìn)一步確定斷層的上斷點(diǎn)和下斷點(diǎn)，以此確定小斷層的位置和性質(zhì)。本發(fā)明僅利用最大振幅時間的信號就可完成主偏振方向的計算，方便、快捷，易于實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明能夠準(zhǔn)確判斷斷點(diǎn)位置和性質(zhì)，完成小斷層的超前定性預(yù)報，對保障突出煤層巷道安全掘進(jìn)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
【專利說明】
-種突出煤層巷道小斷層超前定性預(yù)報方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種煤層巷道斷層預(yù)報方法，具體是一種突出煤層巷道小斷層超前定 性預(yù)報方法，屬于煤礦安全技術(shù)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 煤與瓦斯突出是指在壓力作用下，在極短的時間內(nèi)由煤體向巷道或采場空間拋出 大量的煤炭和(或)瓦斯的事件，不僅會造成人員傷亡，還會造成國家財產(chǎn)損失。
[0003] 地質(zhì)構(gòu)造是誘發(fā)煤與瓦斯突出的主要因素，W斷層、特別是小斷層(落差小于5m) 最為典型?；茨系V區(qū)煤與瓦斯突出點(diǎn)構(gòu)造地質(zhì)資料統(tǒng)計表明，礦區(qū)內(nèi)石口和煤巷掘進(jìn)工作 面中的煤與瓦斯突出有71.8%發(fā)生在小斷層附近。小斷層的定性超前預(yù)報就是對斷層位置 和斷層特征進(jìn)行的預(yù)測判斷，對于預(yù)防煤與瓦斯突出具有重大意義。
[0004] 目前井下小斷層探查手段主要是鉆探、物探。采用鉆探方法效率較低，且地質(zhì)前探 鉆孔易偏離設(shè)計軌跡，特別是鉆孔傾角為0~25°俯角及上仰角時，垂直方向偏離更加嚴(yán)重， 易造成小斷層漏判。采用物探方法中的地震超前探測技術(shù)判斷斷點(diǎn)至少需要一個完整的時 間周期的回波信號，然而由于小斷層尺寸較小，煤層斷點(diǎn)繞射波難W形成一個對稱型完整 的周期信號，不能準(zhǔn)確判斷小斷層煤層斷點(diǎn)，更難W對小斷層的正/逆性質(zhì)進(jìn)行識別。而小 斷層的正/逆性質(zhì)對煤與瓦斯突出控制作用差別十分顯著，統(tǒng)計表明，煤與瓦斯突出通常與 逆斷層有關(guān)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種突出煤層巷道小斷層超前定性預(yù)報方法，通過該方法 能夠準(zhǔn)確判斷斷層位置和斷層特征。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明一種突出煤層巷道小斷層超前定性預(yù)報方法，包括W下 步驟：
[0007] 步驟一，在掘進(jìn)工作面前方設(shè)置一個激發(fā)點(diǎn)，在掘進(jìn)工作面頂板上方設(shè)置第一接 收點(diǎn)，在掘進(jìn)工作面底板下方設(shè)置第二接收點(diǎn)，在掘進(jìn)工作面后方、頂板上方設(shè)置第=接收 點(diǎn)，在掘進(jìn)工作面后方、底板下方設(shè)置第四接收點(diǎn)；
[000引步驟二，選擇第一接收點(diǎn)，利用矢量地震儀獲取X、Y分量地震信號，根據(jù)頂板圍巖 接收到的煤層斷點(diǎn)繞射波強(qiáng)能量特征，確定X、Y分量最大值振幅時間ti;
[0009] 步驟=，計算ti主偏振方向角01，具體計算步驟為：
[0010] a.對X、Y運(yùn)兩分量地震信號做化化ert變換 [0011 ] hxii) = X(I)-JU (x{i))
[001 ^ = (I'))，式中 X (t)、y (t)分別為X、Y分量，符號巧表示Hi Ibert變換，
[OOU] b.建立Hermitian矩陣構(gòu)造 [0014] C(t) =M*(t) ? M(t)
[0015]式中，M(t) =比x(t化y(t)]，符號*表示矩陣的復(fù)共輛轉(zhuǎn)置；
[0016] C .求取Hermi tian矩陣的最大特征值A(chǔ)max及其對應(yīng)的歸一化的特征向量（Xmax， Ymax)；
[0017]
式中 Re ( Xmax)、Re ( ymax)分別為Xmax、ymax的實(shí)部；
[0018] 步驟四，根據(jù)第一接收點(diǎn)位置及主偏振方向角01，繪制第一接收點(diǎn)到小斷層的第 一射線；
[0019] 步驟五，選擇其他接收點(diǎn)，方法同步驟二至步驟四，分別繪制第二接收點(diǎn)到小斷層 的第二射線、第=接收點(diǎn)到小斷層的第=射線和第四接收點(diǎn)到小斷層的第四射線；
[0020] 第六步，第一射線與第二射線的交點(diǎn)為小斷層的上斷點(diǎn)，第=射線和第四接收點(diǎn) 的交點(diǎn)為小斷層的下斷點(diǎn);根據(jù)上斷點(diǎn)和下斷點(diǎn)確定煤層上、下盤關(guān)系，判斷斷層性質(zhì)。
[0021] 本發(fā)明不再依賴一個完整周期信號，僅利用煤層斷點(diǎn)繞射波的最大振幅時間的信 號就可完成主偏振方向的計算，方便、快捷，易于實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明能夠準(zhǔn)確判斷小斷層位置和 特征，完成對小斷層的超前定性預(yù)報，對保證突出煤層巷道安全掘進(jìn)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
【附圖說明】
[0022] 圖1為本發(fā)明方法示意圖；
[0023] 圖2為本發(fā)明獲取矢量地震儀獲取X、Y分量最大振幅時間方法示意圖；
[0024] 圖中，1、第一接收點(diǎn)，2、第二接收點(diǎn)，3、第S接收點(diǎn)，4、第四接收點(diǎn)，5、掘進(jìn)工作 面，6、激發(fā)點(diǎn)，7、頂板，8、底板，9、上斷點(diǎn)，10、下斷點(diǎn)，11、第一射線，12、第二射線，13、第S 射線，14、第四射線，15、小斷層。
【具體實(shí)施方式】
[0025] 下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明進(jìn)一步描述。
[0026] -種突出煤層巷道小斷層超前定性預(yù)報方法，其特征在于，包括W下步驟：
[0027] 步驟一，如圖1所示，在掘進(jìn)工作面5前方設(shè)置一個激發(fā)點(diǎn)6，在掘進(jìn)工作面5頂板7 上方設(shè)置第一接收點(diǎn)1，在掘進(jìn)工作面5底板8下方設(shè)置第二接收點(diǎn)2,在掘進(jìn)工作面5后方、 頂板7上方設(shè)置第=接收點(diǎn)3,在掘進(jìn)工作面5后方、底板8下方設(shè)置第四接收點(diǎn)4;
[0028] 步驟二，選擇第一接收點(diǎn)1，如圖2所示，利用矢量地震儀獲取X、Y分量地震信號，根 據(jù)頂板圍巖接收到的煤層斷點(diǎn)繞射波強(qiáng)能量特征，確定X、Y分量最大值振幅時間ti;
[0029] 步驟=，計算ti主偏振方向角目1，具體計算步驟為：
[0030] a.對X、Y運(yùn)兩分量地震信號做化化ert變換
[0031] hx{t) = x{t)-^jU(x{t))
[0032] M仰=.、，的虧'巧(>腳)，式中x(t)、y(t)分別為X、Y分量，符號{7表示Hilbert變換， i=徊；
[0033] b.建立Hermitian矩陣構(gòu)造
[0034] C(t)=M*(t) ? M(t)
[0035] 式中，M(t) =比x(t化y(t)]，符號*表示矩陣的復(fù)共輛轉(zhuǎn)置；
[0036] C .求取Hermi tian矩陣的最大特征值A(chǔ)max及其對應(yīng)的歸一化的特征向量（Xmax， Ymax)；
[0037]
式中 Re ( Xmax)、Re ( ymax)分別為Xmax、ymax的實(shí)部；
[0038] 步驟四，根據(jù)第一接收點(diǎn)1位置及主偏振方向角01，繪制第一接收點(diǎn)巧Ij小斷層15 的第一射線11;
[0039] 步驟五，選擇其他接收點(diǎn)，方法同步驟二至步驟四，分別繪制第二接收點(diǎn)2到小斷 層15的第二射線12、第立接收點(diǎn)巧Ij小斷層15的第立射線13和第四接收點(diǎn)巧IM、斷層15的第 四射線14;
[0040] 第六步，如圖1所示，第一射線11與第二射線12的交點(diǎn)為煤層上斷點(diǎn)9,第S射線13 和第四接收點(diǎn)4的交點(diǎn)為煤層下斷點(diǎn)10;根據(jù)上斷點(diǎn)9和下斷點(diǎn)10確定煤層上、下盤關(guān)系，判 斷斷層性質(zhì)。圖1所示的斷層上盤上升，為逆斷層。
[0041] 本發(fā)明不再依賴一個完整周期信號，僅利用煤層斷點(diǎn)繞射波的最大振幅時間的信 號就可完成主偏振方向的計算，方便、快捷，易于實(shí)現(xiàn)。本發(fā)明能夠準(zhǔn)確判斷小斷層位置和 特征，完成對小斷層的超前定性預(yù)報，對保證突出煤層巷道安全掘進(jìn)具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。
[0042] 優(yōu)選的，步驟一中所述激發(fā)點(diǎn)6設(shè)置在煤層巷道掘進(jìn)工作面5前方=米處，第一接 收點(diǎn)1設(shè)置在掘進(jìn)工作面5的頂板7上方=米處，第二接收點(diǎn)2設(shè)置在掘進(jìn)工作面5的底板8下 方=米處，第=接收點(diǎn)3設(shè)置在掘進(jìn)工作面5后方（圖1左方為后方)五米、頂板7上方六米處， 第四接收點(diǎn)4設(shè)置在掘進(jìn)工作面5后方五米、底板8下方六米處。運(yùn)些點(diǎn)位的選取既便于設(shè) 置，又能滿足探測精度的要求。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種突出煤層巷道小斷層超前定性預(yù)報方法，其特征在于，包括以下步驟： 步驟一，在掘進(jìn)工作面(5)前方布置一個激發(fā)點(diǎn)(6)，在正對掘進(jìn)工作面(5)、頂板(7)上 方設(shè)置第一接收點(diǎn)（1)，在正對掘進(jìn)工作面(5)、底板(8)下方設(shè)置第二接收點(diǎn)(2)，在掘進(jìn)工 作面(5)后方、頂板(7)上方設(shè)置第三接收點(diǎn)（3)，在掘進(jìn)工作面(5)后方、底板(8)下方設(shè)置 第四接收點(diǎn)(4); 步驟二，選擇第一接收點(diǎn)（1 )，利用矢量地震儀獲取X、Y分量地震信號，根據(jù)接收到的煤 層斷點(diǎn)繞射波強(qiáng)能量特征，確定X、Y分量最大值振幅時間t1; 步驟三，計算ti主偏振方向角Q1，具體計算步驟為： a.對X、Y這兩分量地震信號做Hi Ibert變換hx(t) = x{t)+jO (x(t)) = .i'(/)-/i/(.r(z))，式中x(t)、y(t)分別為X、Y分量，符號表不Hilbert變換 b ·建立Hermitian矩陣構(gòu)造 C(t)=M*(t) · M(t) 式中，M(t) = [hx(t) hz(t)]，符號*表示矩陣的復(fù)共輒轉(zhuǎn)置； c.求取Hermitian矩陣的最大特征值A(chǔ)max及其對應(yīng)的歸一化的特征向量(xmax，y max);式中 Re (Xmax)、Re (ymax)分別為 Xmax、ymax 的實(shí)部； 步驟四，根據(jù)第一接收點(diǎn)（1)位置及主偏振方向角S1，繪制第一接收點(diǎn)（1)到小斷層（15) 的第一射線(11); 步驟五，選擇其他接收點(diǎn)，方法同步驟二至步驟四，分別繪制第二接收點(diǎn)（2)到小斷層 (15)的第二射線（13)、第三接收點(diǎn)（3)到小斷層（15)的第三射線（12)和第四接收點(diǎn)(4)到小 斷層(15)的第四射線（14); 第六步，第一射線（11)與第二射線（12)的交點(diǎn)為煤層上斷點(diǎn)（9)，第三射線（13)和第四 接收點(diǎn)(4)的交點(diǎn)為煤層下斷點(diǎn)（10);根據(jù)上斷點(diǎn)(9)和下斷點(diǎn)（10)確定煤層上、下盤關(guān)系， 判斷斷層性質(zhì)。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的突出煤層巷道小斷層超前定性預(yù)報方法，其特征在于，步驟一 中所述激發(fā)點(diǎn)（6)設(shè)置在煤層巷道掘進(jìn)工作面(5)前方三米處，第一接收點(diǎn)（1)設(shè)置在正對 掘進(jìn)工作面(5)的頂板(7)上方三米處，第二接收點(diǎn)（2)設(shè)置在正對掘進(jìn)工作面(5)的底板 (8)下方三米處，第三接收點(diǎn)（3)設(shè)置在掘進(jìn)工作面(5)后方六米、頂板(7)上方六米處，第四 接收點(diǎn)(4)設(shè)置在掘進(jìn)工作面(5)后方六米、底板(8)下方六米處。
【文檔編號】G01V1/30GK106019371SQ201610316770
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年5月13日
【發(fā)明人】王勃, 劉盛東, 周福寶, 黃蘭英, 章俊, 郝家林, 姜永虎
【申請人】中國礦業(yè)大學(xué)