一種井上下全空間地震波數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和勘探方法
【專利摘要】一種井上下全空間地震波數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括若干組地震波形成裝置(1)，若干組地震波地面接收裝置(2)，若干組地震波井下接收裝置(3)和地震波數(shù)據(jù)采集控制裝置(4)，地震波形成裝置(1)經(jīng)啟動后形成地震波，由地震波地面接收裝置(2)和地震波井下接收裝置(3)接收，然后形成地震波信號數(shù)據(jù)，傳輸給所述地震波數(shù)據(jù)采集控制裝置(4)。本發(fā)明能夠獲得高精度，全方位，大范圍的地震波數(shù)據(jù)，信息量非常豐富，能夠準(zhǔn)確的確定礦井地質(zhì)條件，為煤礦企業(yè)開采實(shí)踐提供可靠依據(jù)。
【專利說明】一種井上下全空間地震波數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和勘探方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種煤礦地震波勘探系統(tǒng)和勘探方法，尤其是一種井上下全空間地震波數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和勘探方法。

【背景技術(shù)】
[0002]由于煤礦開采嚴(yán)重依賴于地質(zhì)條件，地質(zhì)條件的變化直接影響到煤礦開采方法的適用，安全措施的適用，設(shè)備等等的采購，因此，對于煤礦企業(yè)而言，在開采前以及在開采過程中，甚至在開采后都要對礦井地質(zhì)條件進(jìn)行勘探并分析判斷。目前，煤礦企業(yè)采用的地質(zhì)勘探方法包括井下地震波勘探和孔間地震波勘探。井下地震波勘探是在煤礦井下的巷道內(nèi)布置震源點(diǎn)和接收點(diǎn)，整個勘探工作都是在井下完成?？组g地震波勘探是在鉆孔內(nèi)進(jìn)行的一種地震波勘探，通過在巖層內(nèi)鉆孔，將震源點(diǎn)和接收點(diǎn)布置在鉆孔內(nèi)對地質(zhì)條件進(jìn)行勘探。
[0003]井下地震波勘探將震源點(diǎn)和接收點(diǎn)都布置在井下，在井下施工；孔間地震波勘探的震源點(diǎn)和接收點(diǎn)則都是布置在孔中。井下地震波勘探由于礦井安全生產(chǎn)的要求，井下震源能量受到嚴(yán)格限制，且局限于井下狹小的空間，能夠達(dá)到的勘探精度和覆蓋范圍都較小，獲得的地質(zhì)條件信息非常有限?？组g地震波勘探由于施工鉆孔成本很高，不宜大面積實(shí)施，所能獲得地質(zhì)條件信息嚴(yán)重受限于孔鉆數(shù)量。因此，煤礦企業(yè)采用現(xiàn)有的地震波勘探方法所能獲取的地質(zhì)條件信息極為有限，而地質(zhì)條件分析的準(zhǔn)確性顯然嚴(yán)重依賴于勘探信息數(shù)量，目前的地震波勘探方法嚴(yán)重不能滿足煤礦開采的要求。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]為了解決目前地震波勘探方法地質(zhì)條件信息嚴(yán)重有限，無法滿足煤礦企業(yè)開采要求的問題，本發(fā)明提供了一種井上下全空間地震波數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和勘探方法。
[0005]本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下:
[0006]一種井上下全空間地震波數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，包括若干組地震波形成裝置，若干組地震波地面接收裝置，若干組地震波井下接收裝置和地震波數(shù)據(jù)采集控制裝置，所述地震波形成裝置經(jīng)啟動后形成地震波，由所述地震波地面接收裝置和所述地震波井下接收裝置接收，然后形成地震波信號數(shù)據(jù)，傳輸給所述地震波數(shù)據(jù)采集控制裝置；所述地震波形成裝置布置于礦井地面上，用于產(chǎn)生地震波，每一組包含若干個所述地震波形成裝置，沿井下巷道軸向布置，形成線連接；所述地震波地面接收裝置布置于所述礦井地面上，每一組包含若干個所述地震波地面接收裝置，沿所述井下巷道軸向布置，形成線連接；所述地震波井下接收裝置布置于所述井下巷道內(nèi)，每一條井下巷道內(nèi)布置一組，每一組包含若干個所述地震波井下接收裝置，沿所述井下巷道軸向布置，形成線連接；所述地震波數(shù)據(jù)采集控制裝置布置于所述礦井地面上，與每一組所述地震波地面接收裝置和每一組所述地震波井下接收裝置分別連接。
[0007]在上述井上下全空間地震波數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，所述地震波形成裝置形成的地震波能量范圍由井下開采煤層與所述礦井地面距離確定。
[0008]在上述井上下全空間地震波數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，所述井下開采煤層與所述礦井地面距離為500-1000m時，所述地震波形成裝置形成的地震波能量范圍為5000-20000KJ。
[0009]在上述井上下全空間地震波數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，沿所述井下巷道軸向每間隔5-20m，每一組所述地震波形成裝置布置一個所述地震波形成裝置，組間距為20-80m，每一組所述地震波地面接收裝置布置一個所述地震波地面接收裝置，組間距為20-80m，每一組所述地震波井下接收裝置布置一個所述地震波井下接收裝置；所述每一組地震波形成裝置均等間距布置，每一組內(nèi)的每一個所述地震波形成裝置也等間距布置；所述每一組地震波地面接收裝置均等間距布置，每一組內(nèi)的每一個所述地震波地面接收裝置也等間距布置；所述每一組地震波井下接收裝置內(nèi)的每一個所述地震波井下接收裝置等間距布置。
[0010]在上述井上下全空間地震波數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，所述井下開采煤層與所述礦井地面距離為600m時，所述地震波形成裝置形成的地震波能量范圍為5000-10000KJ。
[0011]在上述井上下全空間地震波數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，沿所述井下巷道軸向每間隔5m，每一組所述地震波形成裝置布置一個所述地震波形成裝置，組間距為20m，每一組所述地震波地面接收裝置布置一個所述地震波地面接收裝置，組間距為20m，每一組所述地震波井下接收裝置布置一個所述地震波井下接收裝置；所述每一組地震波形成裝置均等間距布置，每一組內(nèi)的每一個所述地震波形成裝置也等間距布置；所述每一組地震波地面接收裝置均等間距布置，每一組內(nèi)的每一個所述地震波地面接收裝置也等間距布置；所述每一組地震波井下接收裝置內(nèi)的每一個所述地震波井下接收裝置等間距布置。
[0012]在上述井上下全空間地震波數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，所述地震波形成裝置包括一個炸藥震源或可控震源。
[0013]在上述井上下全空間地震波數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，所述地震波地面接收裝置和所述地震波井下接收裝置均包括一個動圈式三分量地震波檢波器，且型號相同。
[0014]在上述井上下全空間地震波數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，所述地震波井下接收裝置通過錨桿固定于所述井下巷道頂板上。
[0015]在上述井上下全空間地震波數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，所述地震波井下接收裝置通過鉆孔與所述地震波數(shù)據(jù)采集控制裝置連接。
[0016]一種采用上述井上下全空間地震波數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對礦井地質(zhì)條件進(jìn)行井上下全空間地震探測的勘探方法，包括如下步驟:
[0017](a)將所述地震波形成裝置，所述地震波地面接收裝置布置于所述礦井地面上，將所述地震波井下接收裝置布置于所述井下巷道內(nèi)，并將所述地震波地面接收裝置和所述地震波井下接收裝置與所述地震波數(shù)據(jù)采集控制裝置連接；
[0018](b)啟動所述地震波形成裝置，使形成地震波，同時啟動所述地震波地面接收裝置和所述地震波井下接收裝置對所述地震波信號進(jìn)行接收，并轉(zhuǎn)化為地震波數(shù)據(jù)，然后傳輸給所述地震波數(shù)據(jù)采集控制裝置；
[0019](C)通過所述地震波數(shù)據(jù)采集控制裝置對所述地震波數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并進(jìn)行層析成像處理，獲得礦井地質(zhì)條件信息。
[0020]本發(fā)明的上述技術(shù)方案相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0021]①本發(fā)明提供的一種井上下全空間地震波數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和勘探方法，由于是在地面形成地震波，并由地震波地面接收裝置和井下接收裝置共同接收，能夠根據(jù)煤礦開采條件確定地震波能量范圍，并據(jù)此合理布置地震波形成裝置數(shù)量和接收裝置數(shù)量，因此，本發(fā)明能夠突破鉆孔數(shù)量限制和井下開采空間限制以及安全要求，高精度，全方位，大范圍的確定出礦井地質(zhì)條件，能夠有力的指導(dǎo)煤礦生產(chǎn)實(shí)踐。
[0022]②本發(fā)明提供的一種井上下全空間地震波數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和勘探方法，由于不需要進(jìn)行鉆孔施工，不僅不需要支付鉆孔費(fèi)用，而且不需要花費(fèi)鉆孔時間，因此，本發(fā)明在超過鉆孔間勘探效果的同時，還能夠較大幅度的降低勘探成本。
[0023]③本發(fā)明提供的一種井上下全空間地震波數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和勘探方法，通過礦井深度確定地震波能量范圍，并對地震波形成裝置，地震波地面接收裝置和地震波井下接收裝置沿井下巷道軸向布置數(shù)量進(jìn)行了合理確定，因此，本發(fā)明在滿足礦井地質(zhì)條件勘探要求同時，有效控制勘探成本。
[0024]④本發(fā)明提供的一種井上下全空間地震波勘探方法，由于能夠獲得高精度，全方位，大范圍的地震波數(shù)據(jù)，且通過層析成像方法反演井下巷道與地面之間的地質(zhì)信息，因此，本發(fā)明能夠準(zhǔn)確勘探井下巷道周圍煤層頂板的地質(zhì)情況，同時獲得高分辨率的地層速度等物性信息，為煤礦開采實(shí)踐提供準(zhǔn)確可靠的指導(dǎo)。
[0025]⑤本發(fā)明提供的一種井上下全空間地震波數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和勘探方法，由于地震波地面接收裝置是線連接，并等距離分成若干組，因此，本發(fā)明能夠達(dá)到高分辨率的地面二維和三維地震勘探目的。
[0026]⑥本發(fā)明提供的一種井上下全空間地震波數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和勘探方法，由于在采用地面地震波接收同時，還進(jìn)行井下接收，能夠通過井下接收裝置采集的數(shù)據(jù)，對由地面接收裝置采集的地面二維和三維地震波數(shù)據(jù)進(jìn)行約束反演，進(jìn)而提高地面二維和三維地震波勘探的分辨率和解釋精度。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0027]為了使本發(fā)明的內(nèi)容更容易被清楚的理解，下面根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例并結(jié)合附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，其中:
[0028]圖1是本發(fā)明一種井上下全空間地震波數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)沿井下巷道徑向剖視的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0029]圖2是本發(fā)明一種井上下全空間地震波數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)沿井下巷道軸向剖視的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0030]圖中標(biāo)記為:1_地震波形成裝置，2-地震波地面接收裝置，3-地震波井下接收裝置，4-地震波數(shù)據(jù)采集控制裝置，5-礦井地面，6-井下巷道，7-開采煤層，8-錨桿，9-鉆孔。

【具體實(shí)施方式】
[0031]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。
[0032]圖1和顯示的是本發(fā)明一種井上下全空間地震波數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)和勘探方法的優(yōu)選實(shí)施例。
[0033]所述井上下全空間地震波數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在于:包括若干組地震波形成裝置I，若干組地震波地面接收裝置2，若干組地震波井下接收裝置3和地震波數(shù)據(jù)采集控制裝置4，所述地震波形成裝置I經(jīng)啟動后形成地震波，由所述地震波地面接收裝置2和所述地震波井下接收裝置3接收，然后形成地震波信號數(shù)據(jù)，傳輸給所述地震波數(shù)據(jù)采集控制裝置4 ;所述地震波形成裝置I布置于礦井地面5上，用于產(chǎn)生地震波，每一組包含若干個所述地震波形成裝置1，沿井下巷道6軸向布置，形成線連接；所述地震波地面接收裝置2布置于所述礦井地面5上，每一組包含若干個所述地震波地面接收裝置2，沿所述井下巷道6軸向布置，形成線連接；所述地震波井下接收裝置3布置于所述井下巷道6內(nèi)，每一條井下巷道6內(nèi)布置一組，每一組包含若干個所述地震波井下接收裝置3，沿所述井下巷道6軸向布置，形成線連接；所述地震波數(shù)據(jù)采集控制裝置4布置于所述礦井地面5上，與每一組所述地震波地面接收裝置2和每一組所述地震波井下接收裝置3分別連接。
[0034]在本實(shí)施例中，所述地震波形成裝置I形成的地震波能量范圍由井下開采煤層7與所述礦井地面5距離確定。
[0035]在本實(shí)施例中，所述井下開采煤層7與所述礦井地面5距離為600m，所述地震波形成裝置I形成的地震波能量范圍為5000-10000KJ。
[0036]在本實(shí)施例中，沿所述井下巷道6軸向每間隔5-20m，每一組所述地震波形成裝置I布置一個所述地震波形成裝置1，組間距為20-80m，每一組所述地震波地面接收裝置2布置一個所述地震波地面接收裝置2，組間距為20-80m，每一組所述地震波井下接收裝置3布置一個所述地震波井下接收裝置3 ;所述每一組地震波形成裝置I均等間距布置，每一組內(nèi)的每一個所述地震波形成裝置I也等間距布置；所述每一組地震波地面接收裝置2均等間距布置，每一組內(nèi)的每一個所述地震波地面接收裝置2也等間距布置；所述每一組地震波井下接收裝置3內(nèi)的每一個所述地震波井下接收裝置3等間距布置。
[0037]在本實(shí)施例中，所述地震波形成裝置I包括一個炸藥震源或可控震源。
[0038]在本實(shí)施例中，所述地震波地面接收裝置2和所述地震波井下接收裝置3均包括一個動圈式三分量地震波檢波器，且型號相同。
[0039]在本實(shí)施例中，所述地震波井下接收裝置3通過錨桿8固定于所述井下巷道6頂板上。
[0040]在本實(shí)施例中，所述地震波井下接收裝置3通過鉆孔9與所述地震波數(shù)據(jù)采集控制裝置4連接。
[0041]采用本實(shí)施例中的井上下全空間地震波數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對礦井地質(zhì)條件進(jìn)行井上下全空間地震探測的勘探方法，包括如下步驟:
[0042](a)將所述地震波形成裝置I，所述地震波地面接收裝置2布置于所述礦井地面5上，將所述地震波井下接收裝置3布置于所述井下巷道6內(nèi)，并將所述地震波地面接收裝置2和所述地震波井下接收裝置3與所述地震波數(shù)據(jù)采集控制裝置4連接；
[0043](b)啟動所述地震波形成裝置1，使形成地震波，同時啟動所述地震波地面接收裝置2和所述地震波井下接收裝置3對所述地震波信號進(jìn)行接收，并轉(zhuǎn)化為地震波數(shù)據(jù)，然后傳輸給所述地震波數(shù)據(jù)采集控制裝置4 ；
[0044](c)通過所述地震波數(shù)據(jù)采集控制裝置4對所述地震波數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并進(jìn)行層析成像處理，獲得礦井地質(zhì)條件信息。
[0045]顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而并非對實(shí)施方式的限定。對于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動。這里無需也無法對所有的實(shí)施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之中。
【權(quán)利要求】
1.一種井上下全空間地震波數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在于:包括若干組地震波形成裝置(1)，若干組地震波地面接收裝置(2)，若干組地震波井下接收裝置(3)和地震波數(shù)據(jù)采集控制裝置(4)，所述地震波形成裝置(I)經(jīng)啟動后形成地震波，由所述地震波地面接收裝置(2)和所述地震波井下接收裝置(3)接收，然后形成地震波信號數(shù)據(jù)，傳輸給所述地震波數(shù)據(jù)采集控制裝置(4)； 所述地震波形成裝置(I)布置于礦井地面(5)上，用于產(chǎn)生地震波，每一組包含若干個所述地震波形成裝置(I)，沿井下巷道(6)軸向布置，形成線連接； 所述地震波地面接收裝置(2)布置于所述礦井地面(5)上，每一組包含若干個所述地震波地面接收裝置(2)，沿所述井下巷道(6)軸向布置，形成線連接； 所述地震波井下接收裝置(3)布置于所述井下巷道￠)內(nèi)，每一條井下巷道￠)內(nèi)布置一組，每一組包含若干個所述地震波井下接收裝置(3)，沿所述井下巷道(6)軸向布置，形成線連接； 所述地震波數(shù)據(jù)采集控制裝置(4)布置于所述礦井地面(5)上，與每一組所述地震波地面接收裝置(2)和每一組所述地震波井下接收裝置(3)分別連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的井上下全空間地震波數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在于:所述地震波形成裝置(I)形成的地震波能量范圍由井下開采煤層(7)與所述礦井地面(5)距離確定。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的井上下全空間地震波數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在于:所述井下開采煤層(7)與所述礦井地面(5)距離為500-1000m時，所述地震波形成裝置(I)形成的地震波能量范圍為5000-20000KJ。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的井上下全空間地震波數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在于:沿所述井下巷道(6)軸向每間隔5-20m，每一組所述地震波形成裝置(I)布置一個所述地震波形成裝置(1)，組間距為20-80m，每一組所述地震波地面接收裝置(2)布置一個所述地震波地面接收裝置(2)，組間距為20-80m，每一組所述地震波井下接收裝置(3)布置一個所述地震波井下接收裝置⑶； 所述每一組地震波形成裝置(I)均等間距布置，每一組內(nèi)的每一個所述地震波形成裝置⑴也等間距布置； 所述每一組地震波地面接收裝置(2)均等間距布置，每一組內(nèi)的每一個所述地震波地面接收裝置(2)也等間距布置； 所述每一組地震波井下接收裝置(3)內(nèi)的每一個所述地震波井下接收裝置(3)等間距布置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一所述的井上下全空間地震波數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在于:所述地震波形成裝置(I)包括一個炸藥震源或可控震源。
6.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一所述的井上下全空間地震波數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在于:所述地震波地面接收裝置(2)和所述地震波井下接收裝置(3)均包括一個動圈式三分量地震波檢波器，且型號相同。
7.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一所述的井上下全空間地震波數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在于:所述地震波井下接收裝置(3)通過錨桿(8)固定于所述井下巷道(6)頂板上。
8.根據(jù)權(quán)利要求1-4任一所述的井上下全空間地震波數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，其特征在于:所述地震波井下接收裝置(3)通過鉆孔(9)與所述地震波數(shù)據(jù)采集控制裝置(4)連接。
9.一種采用權(quán)利要求1-8任一所述的井上下全空間地震波數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對礦井地質(zhì)條件進(jìn)行井上下全空間地震探測的勘探方法，其特征在于:包括如下步驟: (a)將所述地震波形成裝置(I)，所述地震波地面接收裝置(2)布置于所述礦井地面(5)上，將所述地震波井下接收裝置(3)布置于所述井下巷道￠)內(nèi)，并將所述地震波地面接收裝置(2)和所述地震波井下接收裝置(3)與所述地震波數(shù)據(jù)采集控制裝置(4)連接；(b)啟動所述地震波形成裝置(I)，使形成地震波，同時啟動所述地震波地面接收裝置(2)和所述地震波井下接收裝置(3)對所述地震波信號進(jìn)行接收，并轉(zhuǎn)化為地震波數(shù)據(jù)，然后傳輸給所述地震波數(shù)據(jù)采集控制裝置(4)； (c)通過所述地震波數(shù)據(jù)采集控制裝置(4)對所述地震波數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并進(jìn)行層析成像處理，獲得礦井地質(zhì)條件信息。
【文檔編號】G01V1/40GK104360395SQ201410654650
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年11月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年11月18日
【發(fā)明者】廉玉廣, 李宏杰, 李文, 張永超, 牟義, 游超, 邱浩, 李健, 姜鵬, 黎靈, 陳書客 申請人:煤炭科學(xué)技術(shù)研究院有限公司