【摘要】：為了探測(cè)工作面內(nèi)煤層的構(gòu)造發(fā)育情況,利用槽波波速CT成像技術(shù)對(duì)工作面內(nèi)的煤層進(jìn)行CT成像。首先根據(jù)每條槽波射線的波速情況,反演出工作面內(nèi)煤層的物性參數(shù),再通過(guò)改進(jìn)代數(shù)重建算法(ART)對(duì)工作面中的煤層進(jìn)行槽波波速CT成像。應(yīng)用結(jié)果表明,工作面內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造預(yù)測(cè)結(jié)果與實(shí)際情況吻合較好。
【圖文】：

法�？紤]到基于射線理論的CT成像算法計(jì)算量孝速度快，成像的效果好等因素，因此基于射線理論的方法應(yīng)用較廣。CT成像技術(shù)產(chǎn)生于20世紀(jì)70年代，但其思想要追溯到1917年奧地利數(shù)學(xué)家J．Ｒadon的“論如何根據(jù)某些流形上的積分來(lái)確定函數(shù)”。Ｒadon提出的Ｒadon變換或者經(jīng)典Ｒadon變換，是各類CT成像技術(shù)的理論基礎(chǔ)［11］。地震勘探中所涉及的地震波旅行時(shí)或“走時(shí)”，在數(shù)學(xué)理論上，就是平面上的一個(gè)函數(shù)(慢度)沿地震射線的線積分，這就是Ｒadon變換的基本思想。理論上，CT成像即為Ｒadon變換的反演結(jié)果。定義:如圖1所示，設(shè)f(x，y)為平面上給定的函數(shù)，lt，θ為圖中的直線，其方程為:x=tcosθ+ssinθy=tsinθ－scosθ{(1)稱函數(shù)f(x，y)沿直線lt，θ的線積分為其Ｒadon變換，記為:［Ｒf(t，θ)］=∫Lf(tcosθ+ssinθ，tsinθ－scosθ)ds(2)上述反演公式不太適合于實(shí)際的數(shù)值計(jì)算，實(shí)際反演計(jì)算情況下均采用離散圖像重建技術(shù)。圖1Ｒadon變換原理圖實(shí)際工作時(shí)，將反演區(qū)域劃分為i個(gè)不重疊的小網(wǎng)格，并假設(shè)每個(gè)網(wǎng)格內(nèi)物性是均勻的。假設(shè)地震波射線Lj及某一小網(wǎng)格的相交部分長(zhǎng)度為aji，用于離散圖像重建的線性方程組可表示為:Ｒjf=∑Ii=1ajifi，j=1，2，…，J(3)式中J為射線總數(shù)。在地震CT成像技術(shù)的整個(gè)流程中，地震波的走時(shí)τj對(duì)應(yīng)于投影數(shù)據(jù)Ｒjf，像元內(nèi)慢度的平均值就對(duì)應(yīng)于圖像向量f，即上式可寫成以下矩陣方程:Af=τ(4)1．2圖像重建算法聯(lián)合代數(shù)重建法(SAＲT)是AＲT的一種改進(jìn)方法，其通過(guò)改進(jìn)AＲT的誤差修正計(jì)算，能有效改善代數(shù)重建法所帶來(lái)的不確定性和收斂速度慢等缺陷，因而得已不斷的完善和發(fā)展。SAＲT的迭代公式如下:x(k+1)j=x(k)

(a)第12炮記錄(b)第14炮記錄圖2回風(fēng)巷透射槽波數(shù)據(jù)(a)第26炮記錄(b)第34炮記錄圖3運(yùn)輸巷透射槽波數(shù)據(jù)3應(yīng)用實(shí)例首先按照工作面大小建立一個(gè)X方向?yàn)?05m，Y方向?yàn)?00m的模型，網(wǎng)格大小為2．5m。即X方向有242個(gè)點(diǎn)，，Y方向有80個(gè)點(diǎn)，每個(gè)點(diǎn)代表一個(gè)2．5m×2．5m煤層的平均波速。利用自行研發(fā)的槽波處理系統(tǒng)對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行濾波等處理，求出槽波從每一個(gè)炮點(diǎn)激發(fā)后，傳播到每一個(gè)檢波點(diǎn)的時(shí)間，即每條射線的傳播時(shí)間。然后將所有射線的傳播時(shí)間代入到槽波處理系統(tǒng)的AＲT算法模塊中，進(jìn)行迭代求解，最終得到此模型上每個(gè)網(wǎng)格點(diǎn)的波速數(shù)據(jù)。最后，將網(wǎng)格數(shù)據(jù)繪制成圖，如圖4所示。圖4工作面槽波波速CT成像圖從圖4中可以看出，工作面中主要有2個(gè)低速異常區(qū)，其中一個(gè)在切眼處，波速約1100m/s，其西邊緣與運(yùn)輸巷距離約63m，東邊緣距離回風(fēng)巷約70m。與已揭露的陷落柱位置相比，整體向運(yùn)輸巷一側(cè)偏移了約50m。另一個(gè)低速異常區(qū)中心位置距回風(fēng)巷約54m，距切眼約180m，波速約1130m/s。在單炮記錄中可觀察到該低速區(qū)域的存在，如圖5所示。工作面內(nèi)其他區(qū)域槽波波速較為穩(wěn)定，波速基本在1180m/s左右。圖5槽波波速變化記錄成像結(jié)果解釋推斷:槽波低速區(qū)位置表示向斜區(qū)域，由于煤層凹陷彎曲，造成槽波路線變長(zhǎng)，時(shí)間變長(zhǎng)，計(jì)算時(shí)采用的二維模型使得槽波速度變低。槽波低速區(qū)雖然并不代表陷落柱，但陷落柱若是發(fā)育，發(fā)育位置應(yīng)該在向斜區(qū)域，也就是在槽波低速區(qū)·51·第44卷第1期2017年2月礦業(yè)安全與環(huán)保MININGSAFETY＆ENVIＲONMENTALPＲOTECTIONVol.44No.1Feb.2017

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