谱分解技术在老窑巷道地震检测中的应用研究

摘要

目前，由于误揭小煤窑采空巷道引发的透水事故已经成为国有大型煤矿实现安全开采所面临的最为严重的潜在突水隐患之一，仅“十一.五”期间老空区透水占水害事故的88％。因此，开展老窑采空巷道地震探测技术研究，提高老窑采空区探测分辨能力，对于有效降低老空突水事故的发生率，具有重大的现实意义和工程价值。
　　本文在回顾分析国内外老空区探测技术的发展历史和技术现状的基础上，重点分析了谱分解技术在识别横向不连续地质异常体的优势，探讨了该技术在老窑采空巷道探测中应用的可行性，提出利用地震谱分解技术进行小煤窑采空巷道识检测与识别的思路。
　　论文首先介绍了频谱分解的基本原理，阐述了傅里叶变换、小波变换、S变换、广义S变换及Wigner-ville变换等不同频谱分解算法的特点;结合Heisenberg测不准原理，对时频分析中时间域采样率和频率采样率的关系进行了分析，讨论了谱分解技术的分辨率问题;同时利用人工合成信号，对谱分解技术的不同算法进行了分析、比较，指出了它们的优缺点;针对小窑采空巷道的特点，设计了典型的采空巷道地震数学模型，利用Tesseral 2-D全波场地震模拟软件对其进行了二维地震数值模拟，对数值模拟的理论数据进行了谱分解分析，并对老空巷道地震响应的谱分解结果进行响应特征分析，归纳出利用谱分解法寻找采空巷道的标志性特征;最后，利用谱分解解释技术对实际三维地震资料进行了老窑采空巷道的解释，所获结果与实际采掘工程揭露情况基本吻合，取得了良好的应用效果。
　　谱分解分析技术能够有效提高老窑采空巷道地震探测的分辨能力，为采空巷道的地震检测与识别提供了一种有效的技术途径，今后尚需进一步加强该方法的工程实例示范与分析。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究目的与意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 采空区探测技术的发展现状

1．2．2 频谱分解技术的研究现状

1．2．3 存在的问题

1．3 主要研究内容

1．4 主要研究成果

2 频谱分解的原理与方法

2．1 频谱分解的理论基础

2．1．1 傅里叶级数

2．1．2 傅里叶变换

2．2 频谱分解的数学方法

2．2．1 短时傅里叶变换法(STFT)

2．2．2 连续小波变换法(CWT)

2．2．3 S变换(ST)

2．2．4 广义S变换(SWT)

2．2．5 Wigner-ville分布(WVD)

3 谱分解算法的选择原则

3．1 谱分解分辨率讨论

3．1．1 Heisenberg测不准原理

3．1．2 时频域采样率

3．2 谱分解算法的对比

3．2．1 短时傅里叶变换与小波变换

3．2．2 S变换与广义S变换对比

3．2．3 S变换与wigner-ville分布

4 老窑采空巷道的地震响应特征

4．1 小煤窑采空巷道的地质特征

4．2 老窑采空巷道的谱分解响应

4．2．1 煤层采空区巷道正演模拟

4．2．2 煤层采空巷道谱分解响应分析

4．3 谱分解技术识别采空巷道对地震资料的要求

4．4 本章小结

5 谱分解技术在老空巷道检测中的实例研究

5．1 工区概况

5．2 三维地震勘探资料分析

5．3 基于谱分解的老窑巷道探测技术

5．3．1 三维叠后谱分解实现流程

5．3．2 谱分解效果分析

5．4 采空区巷道验证情况

6 结论、存在问题及建议

6．1 结论

6．2 存在问题及建议

参考文献

致谢

附录一：个人简介