隧道、井巷掘进空间的反射波成像系统研究

摘要

在隧道及井巷工程掘进过程中，会受到多种地质因素的影响，其中来自前方的不良地质构造，如断层、破碎带、采空区、富含水带等对安全生产危害巨大，因此必须能够对其进行超前探测与预报。受坑道掘进空间的限制，目前还没有一种物探方法能对前方不良地质构造进行长距离高精度的超前预报。相对来说，在诸多的物探方法之中地震反射波法对前方构造界面的探测具有一定的针对性，因此积极开展坑道超前反射波成像技术开发具有重要的研究价值。 论文在总结前人研究成果的基础上，通过对坑道条件下反射波传播原理及其特征进行系统研究，结合数值模拟和物理模型实验，分析了坑道条件下，特别是煤层巷道条件下不同界面反射波特征及其时距曲线规律。在对比总结现有点状、二维和空间观测系统特点基础上，进一步提出坑道掘进空间的任意炮检对反射波观测系统布置、野外工作方法及其数据处理流程。对其中二维和任意空间炮检对数据进行分别处理，通过利用F—K和τ—p域联合视速度滤波提取坑道前方界面反射波组；采用极化滤波对坑道条件下所获取的三分量记录进行纵横波分离；提出基于速度扫描与绕射偏移速度校正相结合的方法，建立探测区域纵波和横波速度模型；并进行射线扫描叠加及立体椭球偏移叠加获得对坑道掘进空间的二维和三维地质条件成像结果。基于岩煤构造的识别特征，利用纵横波幅值能量、速度、频率等多个地震属性参数，完成对坑道前方地质条件的解释与预报，形成了一套具有自主知识产权的超前探测反射波成像预报系统(TRIS1.0系统)。结合震源与接收系统的改进，实现对坑道前方掘进地质条件的动态监测与预报。 论文针对空间立体数据采集系统，基于Visual C++．net语言，开发完成了TRIS1.0数据处理软件。该软件除了具有丰富的坑道反射波数据预处理、核心处理及成像功能外，还具有界面友好，操作交互方便等特点。隧道及井巷工程实际探测应用表明，该系统数据处理功能强，具有较好的稳定性和适用性。 论文还结合其他坑道超前探测技术，即坑道直流电法技术、瞬变电磁技术进行了实际对比实验，并对亚洲第一现代化矿井—顾桥煤矿—780南翼轨道大巷进行了综合超前探测技术研究。根据掘进生产进度实施了以反射波成像技术为主，包括直流电法、瞬变电磁法等多方法的综合超前探测，其成果有效地指导了矿井巷道的掘进安全生产。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1研究目的和意义

1.2 国内外坑道超前反射波探测研究现状

1.2.1 坑道超前反射波探测方法分类

1.2.2现状分析

1.3研究目标和主要内容

1.4研究思路及方案

1.5主要工作量及创新要点

第2章超前探测数值、物理模拟和采集系统优选

2.1 掘进空间反射波超前探测方法原理

2.1.1 隧道及井巷掘进空间的地质模型

2.1.2反射波超前探测的方法原理

2.1.3现有反射波超前探测观测系统

2.2反射波超前探测的模拟

2.2.1数值正演模拟

2.2.2超声波物理模拟

2.3超前观测系统的分析与优选

2.3.1多接收点效果对比

2.3.2多分量数据对比

2.3.3空间与二维数据对比

2.3.4优选结果

2.4立体空间反射波观测系统构建

2.4.1坑道中现有反射波数据采集系统特点分析

2.4.2立体反射波探测系统构建

2.4.3三分量数据获得

2.4.4观测系统参数选择

第3章坑道超前反射波成像数据处理

3.1数据常规处理

3.1.1数据编辑

3.1.2振幅处理

3.1.3常规滤波

3.1.4初至拾取

3.2滤波处理

3.2.1 F-K域滤波

3.2.2 t-p域滤波

3.2.3 F-K与t-p域联合滤波

3.3 PS波场分离

3.3.1纵、横波及其极化特性

3.3.2极化滤波的方法原理

3.3.3波场分离的实现

3.4深度偏移成像及速度分析

3.4.1速度模型建立

3.4.2绕射扫描叠加偏移

3.4.3空间立体椭球偏移

3.4.4波动方程偏移

3.5多分量多参数综合利用

3.6坑道掘进空间立体图像显示与识别

3.6.1 三维立体图像构建

3.6.2地质界面图像信息的提取

3.7坑道超前反射波成像系统(TRIS1.0)软件编制

3.7.1 正演模块

3.7.2工程管理模块

3.7.3核心数据处理

3.8数据处理系统评测

3.8.1对偏移方法的评测

3.8.2对探测效果的评测

3.8.3测试结果总结

第4章坑道超前探测工程实例

4.1 反射波成像法现场采集技术

4.1.1采集仪器设备

4.1.2现场采集施工技术要求

4.1.3现场施工图片

4.2隧道(洞)施工探测

4.2.1洞山隧道地质概况

4.2.2探测地球物理条件

4.2.3数据采集

4.2.4数据处理与分析

4.2.5地质解释与验证

4.3 煤层巷道地质构造探测

4.3.1 探测地质条件

4.3.2现场数据采集

4.3.3数据处理及解释

4.3.4结果验证及说明

4.4煤矿岩石巷道掘进综合探测预报

4.4.1 多种方法联合探测与解释

4.4.2探测地质条件及其任务

4.4.3探测安排及现场布置

4.4.4数据处理及结果分析

4.4.5结果验证

第5章结论与展望

5.1 研究结论

5.2存在的问题及研究方向

致谢

参考文献

个人简历 在读期间发表的学术论文与研究成果