本文關(guān)鍵詞：礦井巷道面波—轉(zhuǎn)換橫波超前探測(cè)技術(shù)研究

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【摘要】：反射地震波法在礦井巷道長(zhǎng)距離超前地質(zhì)預(yù)報(bào)方面有較大優(yōu)勢(shì)。由于井下復(fù)雜地質(zhì)條件、巷道施工環(huán)境和激發(fā)-接收條件的局限性,礦井巷道斷面僅有10平方左右,震源聲波、面波、體波相互混疊,波場(chǎng)復(fù)雜。常規(guī)反射體波超前探測(cè)有效波的識(shí)別與分離十分困難。因此,不回避面波、考慮轉(zhuǎn)換波機(jī)制的超前探測(cè)方法研究是對(duì)反射波法超前探測(cè)的擴(kuò)展。論文從對(duì)礦井地質(zhì)條件和巷道空間對(duì)地震波傳播的影響出發(fā),進(jìn)行均勻介質(zhì)、煤層頂?shù)装濉⒄婵障锏酪约跋锏绹鷰r松動(dòng)圈條件下的全空間彈性波數(shù)值模擬和波場(chǎng)特征的對(duì)比分析。認(rèn)為礦井巷道和圍巖松動(dòng)圈的存在一方面使地震波的主要能量以巷道面波的形式傳播;另一方面巷道迎頭能量較強(qiáng)面波反射回來(lái)和前方異常界面反射體波交織在一起,難以分離。從而引出利用能量強(qiáng)、衰減慢、易于識(shí)別的巷道面波與橫波在迎頭的相互轉(zhuǎn)換進(jìn)行超前探測(cè)。通過(guò)對(duì)巷道前方界面反射波TSST波(傳播路徑TS-S-S-TS的簡(jiǎn)稱:巷道面波TS-wave(Tunnel Surface wave)傳播至巷道迎頭轉(zhuǎn)換成S-wave,巷道前方異常體的反射S-wave在巷道迎頭又轉(zhuǎn)換成TS-wave被布置在巷道內(nèi)的檢波器接收)時(shí)距曲線特征的分析,闡述了利用TSST波進(jìn)行超前探測(cè)的理論方法,并對(duì)連續(xù)跟蹤(或隨掘)觀測(cè)系統(tǒng)和以隧道地震超前預(yù)報(bào)系統(tǒng)TSP(Tunnel Seismic Prediction)為代表的常規(guī)觀測(cè)系統(tǒng)的面波-轉(zhuǎn)換橫波超前探測(cè)計(jì)算方法進(jìn)行了分析和對(duì)比。介紹了巷道面波-轉(zhuǎn)換橫波超前探測(cè)的波場(chǎng)分離、速度分析、時(shí)深轉(zhuǎn)換等處理流程,并基于Visual C++.net平臺(tái)開(kāi)發(fā)了以-濾波、疊加速度分析為核心的巷道面波-轉(zhuǎn)換橫波超前探測(cè)處理軟件。通過(guò)對(duì)巷道圍巖松動(dòng)圈模型進(jìn)行不同激發(fā)、接收孔深的數(shù)值模擬,認(rèn)為圍巖松動(dòng)圈對(duì)于體波尤其是縱波具有很強(qiáng)的吸收作用,激發(fā)、接收孔越過(guò)圍巖松動(dòng)圈能夠提高體波信號(hào)的信噪比;而激發(fā)接收條件的變化對(duì)TSST波影響相對(duì)較小,TSST波的采集對(duì)激發(fā)、接收條件要求較低,這在只能使用錘擊等機(jī)械振源的巷道環(huán)境中比體波探測(cè)更具優(yōu)勢(shì)。通過(guò)分析不同速度反射界面的反射波幅頻特征,得到了TSST波的瞬時(shí)振幅、瞬時(shí)相位等地震屬性與反射界面速度的定量關(guān)系。利用地震屬性提取技術(shù)可以定性評(píng)價(jià)反射界面的性質(zhì)。建立了巷道超前探測(cè)物理模型,采用超聲換能器進(jìn)行了巷道面波-轉(zhuǎn)換橫波超前探測(cè)的物理模擬。將巷道面波-轉(zhuǎn)換橫波超前探測(cè)技術(shù)應(yīng)用于井下斷層破碎帶和陷落柱的探測(cè),并分析了不同接收孔深對(duì)地震信號(hào)的影響,通過(guò)與鉆孔攝錄及鉆探成果對(duì)比,認(rèn)為利用巷道面波與橫波在迎頭的相互轉(zhuǎn)換能夠有效地進(jìn)行超前地質(zhì)預(yù)報(bào)。
【關(guān)鍵詞】：全空間 巷道面波 轉(zhuǎn)換橫波 巷道圍巖松動(dòng)圈 波場(chǎng)分離 地震屬性 超前探測(cè)
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號(hào)】：TD166
【目錄】：

• 致謝4-6
• 摘要6-8
• Abstract8-10
• Extended Abstract10-23
• 變量注釋表23-24
• 1 緒論24-36
• 1.1 研究背景與意義24-25
• 1.2 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀25-33
• 1.3 研究?jī)?nèi)容33-34
• 1.4 技術(shù)路線34-35
• 1.5 主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)35-36
• 2 巷道面波-轉(zhuǎn)換橫波超前探測(cè)關(guān)鍵技術(shù)36-45
• 2.1 巷道面波-轉(zhuǎn)換橫波傳播理論36-40
• 2.2 TSST波波場(chǎng)分離技術(shù)40-41
• 2.3 疊加速度分析41
• 2.4 瞬時(shí)屬性的提取方法41-42
• 2.5 TSST波超前探測(cè)程序設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)42-44
• 2.6 本章小結(jié)44-45
• 3 巷道面波-轉(zhuǎn)換橫波超前探測(cè)數(shù)值模擬45-95
• 3.1 交錯(cuò)網(wǎng)格有限差分計(jì)算45-48
• 3.2 典型礦井地質(zhì)條件彈性波模擬48-65
• 3.3 激發(fā)-接收條件模擬65-77
• 3.4 TSST波超前探測(cè)模擬與處理77-87
• 3.5 TSST波地震屬性提取87-93
• 3.6 本章小結(jié)93-95
• 4 TSST波超前探測(cè)物理模擬與分析95-104
• 4.1 物理模型相似準(zhǔn)則95-96
• 4.2 物理模模型建立及參數(shù)測(cè)試96-100
• 4.3 巷道超前探測(cè)模擬實(shí)驗(yàn)100-103
• 4.4 本章小結(jié)103-104
• 5 TSST波超前探測(cè)實(shí)例與分析104-118
• 5.1 斷層破碎帶探測(cè)實(shí)例104-113
• 5.2 陷落柱探測(cè)實(shí)例113-116
• 5.3 本章小結(jié)116-118
• 6 結(jié)論與展望118-121
• 6.1 研究結(jié)論118-119
• 6.2 展望119-121
• 參考文獻(xiàn)121-130
• 作者簡(jiǎn)歷130-133
• 學(xué)位論文數(shù)據(jù)集133

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本文編號(hào)：709574