“煤矿隐蔽致灾地质因素动态智能探测技术”专题

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“煤矿隐蔽致灾地质因素动态智能探测技术”专题

来源：《煤田地质与勘探》2021年第4期

行业视野: 地质
类别; 40个
关键词; 41位
专家; 9篇
论文; 3847IP
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“煤矿隐蔽致灾地质因素动态智能探测技术”专题编者按

作者(Author)：王季

摘要：我国煤炭资源赋存地质条件差、隐蔽致灾地质因素多，迫切需要超前精细查明隐蔽地质异常体的分布状况，保障煤炭安全高效开采。当前，煤矿采区地质勘探、地面三维地震勘探、矿井物探在探测精度、深度与可靠性及时效性方面均不能完全满足煤矿生产的需求，亟需开展煤矿隐蔽致灾地质因素地球物理响应机理的研究，研发地面高精度勘探与井下动态智能探测的新技术与新装备，形成煤矿隐蔽致灾地质因素快速、精细、动态、智能探测技术体系。为了配合煤炭行业在隐蔽致灾地质因素探查的战略需求，交流分享我国在煤炭地质及矿井物探方面取得的最新科技成果，邀请中煤科工集团西安研究院有限公司王季研究员担任客座主编，依托国家重点研发计划项目(2018YFC0807800)，开展“煤矿隐蔽致灾地质因素动态智能探测技术”专题策划，本期专题优选8 篇稿件刊登，以期促进煤矿企业地质灾害防治的技术进步。

煤田地质与勘探

2021年第04期

391
槽波技术在阳泉矿区地质异常体探测中的应用研究

作者(Author)：范徳元, 吴国庆, 马彦龙

摘要：通过回顾近几年槽波地震探测技术在阳泉矿区的发展历程及应用情况，总结阳泉矿区槽波发育特征，详细分析阳泉矿区发育的断层、陷落柱等地质异常体的槽波探测效果，并对各区域矿井槽波特征进行总结，针对发育不同构造的矿井，分析总结相应的槽波传播规律和解释方法。结果表明：槽波探测工作面在阳泉矿区达到200 多个，在15 号煤层探测应用最多，达到58 个工作面，主要解决断层、陷落柱、挠曲、顶底板破碎带等地质异常体的探测问题，探测结果总体准确率在82.2 %以上；阳泉矿区槽波发育特征：3~6 m 煤厚槽波发育中等至良好，煤厚小于2 m 的晋南地区，槽波发育一般；槽波Airy 相速度960~1 000 m/s，不同地区速度相差不大；Airy 相频率与煤厚相关，煤层越厚，Airy 相频率越低；相同煤层中，槽波Airy 相速度与频率相差不大；根据回采验证情况，不同煤层及地区，探测效果差别较大；对槽波探测不同地质异常体的问题，从数据采集、处理与综合解释上给出了建议；今后需进一步加强槽波对构造煤、瓦斯富集区、应力异常等地质灾害的探测研究，深化槽波在地质保障领域的应用范围，为矿井安全生产及工作面透明化提供可靠的地质保障。

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煤田地质与勘探

2021年第04期

389

184
基于MEMS与LwIP的煤矿三分量地震数据采集系统

作者(Author)：王怀秀, 仇帅, 朱国维, 陈波

摘要：针对当前煤矿地震数据采集传输系统中数据传输实时性差，数据传输量有限的问题，以及数据采集需要满足多波宽频的要求，设计了基于MEMS与LwIP的煤矿三分量全波地震数据采集系统。该系统由MEMS 三分量检波器、数据采集单元、高性能防爆路由器、高性能嵌入式主机及采集控制软件、主机监控软件构成。采用MEMS 加速度芯片VS1002 作为检波器芯体，利用其高灵敏度、宽频带响应等特点；主机监控软件完成对全波采集单元监控、管理及简单的数据处理功能；全波数据采集单元实现了三分量地震信号的数据拾取、转换、存储和数据输出；系统采用分布式控制方式，可实现系统的灵活组合与拆分，提高了采集信号的质量，增强了在煤矿中的适用范围。实验结果表明：与常规地震采集系统相比，本系统具有抗干扰力强，响应频带宽的特点，可在恶劣环境条件下捕捉到频带较宽的地震信号。

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煤田地质与勘探

2021年第04期

288

145
随掘地震实时超前探测系统的试验研究

作者(Author)：王季, 覃思, 吴海, 张庆庆, 余俊辉, 苏晓云

摘要：煤矿智能化建设要求采用智能化地质探测技术在巷道掘进过程中实时完成掘进前方区域的探测和预报。基于在线式矿井地震监测分站构建的随掘地震实时探测系统能够在巷道掘进的同时，采集以掘进机震动为震源的随掘地震数据，通过光纤网络实时传输至地面服务器的数据库内。随掘地震数据处理软件从数据库中获取当前随掘数据，经过筛选、提取虚拟炮集和偏移成像等步骤对掘进前方和侧前方一定区域进行反射槽波成像。为验证系统性能和探测结果的有效性，在正开展掘进作业的山西榆树坡煤矿5106 回风巷内安装随掘地震实时探测系统，对该巷道开展为期数个月的随掘跟踪探测试验，探测系统实时采集随掘地震数据并成像，随着掘进长度的增加，每日的探测结果不断显示5106 工作面内存在一条隐伏断层，后期的反射槽波探测和钻探工作验证了该断层的存在。试验结果表明，随掘地震实时探测系统能够在掘进过程中不断利用掘进机激发的地震信号对巷道前方和侧前方区域成像，从而在不影响掘进施工的条件下，实现了巷道侧前方地质异常体的连续跟踪探测和实时监测，达到了智能掘进系统对地质探测能力的要求。

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煤田地质与勘探

2021年第04期

572

316
基于主成分分析和最近邻算法的断层识别研究

作者(Author)：邹冠贵, 任珂, 吉寅, 丁建宇, 张少敏

摘要：断层是影响煤矿安全的致灾地质因素，查明断层特征是煤矿三维地震勘探的主要目的之一。常规断层解释中采用的人机交互解释方法，其可靠性在一定程度上取决于解释者的经验。为提高断层解释精度，提出一种基于主成分分析和最近邻算法来检测沿目标层断层分布的方法。首先，选择峰峰矿区羊东煤矿作为研究区域，从矿区高精度处理后获得的三维地震数据中提取10 个地震属性；然后，采用主成分分析法(PCA)将上述10 个地震属性整合为6 个综合属性；同时，将属性信息与从矿区15 口井和3 条巷道确定的139 个点的断层信息相结合，构建已知数据信息；在该数据信息的基础上，分别组建出数据集1 和数据集2 两种数据集，2 种数据集的训练集与测试集的比分别为9∶1 和3∶7。利用这些数据集以及十折交叉验证的方法，开展基于最近邻算法(kNN)的断层识别准确率测试，数据集1 的测试准确率为87.75%，数据集2 的测试准确率为71.63%；这表明训练数据量越大，断层识别准确率越高，从而也说明高密度三维地震在该方法的应用中存在一定优势。在对kNN 模型的分类性能进行测试时，使用通过PCA 进行降维处理的数据作为输入，计算出的分类准确率分别为89.23%和73.79%；这是因为PCA 降低了原始输入特征的维数，从而减少了所需的计算量并提高了这些特征的表征能力。综合结果表明，结合PCA 和kNN方法可以有效地识别断层分布，减少主观人为因素的影响，提高断层解释的效率。

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煤田地质与勘探

2021年第04期

489

140
井下瞬变电磁仪硬件对致灾水体分辨能力的评估

作者(Author)：赵钟南, 许洋铖, 吴燕清, 谭青青, 康跃明, 王耀

摘要：井下瞬变电磁随掘探测技术是探测掘进面前方致灾水体的有效方法，从硬件方面评估仪器对致灾水体的分辨能力，是仪器能够在井下正确使用的重要手段。通过比较二次场绝对差和仪器分辨率、叠加后背景噪声之间的大小关系，分析含水致灾体识别的硬件条件和评估依据；提出从硬件方面评估井下瞬变电磁对致灾水体分辨能力的计算方法：根据致灾水体结构建立三维地质模型，推导梯形波关断与负阶跃波关断二次场感应电压的关系，在GPU 上采用全空间三维有限差分并行算法计算了致灾水体二次场响应；测量某瞬变电磁仪的关断时间和综合噪声，根据致灾水体的硬件分辨依据，从硬件方面评估井下瞬变电磁仪对导水陷落柱、充水采空区的分辨能力。为井下瞬变电磁探测仪器的研制和现场准确探测提供技术参考，具有重大的研究意义。

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煤田地质与勘探

2021年第04期

393

193
基于拟Hessian梯度预处理算子的勒夫波全波形反演研究

作者(Author)：管建博, 李宇, 殷裁云, 杨智, 靳朝彬, 赵猛, 杨杭

摘要：构建近地表横波速度模型是煤田多分量地震资料处理的重要环节。相较于面波多道分析法，全波形反演在构建近地表横波模型中具有更高的分辨率。然而，在基于梯度的全波形反演中，由于地震记录频带有限、波场的非均匀覆盖以及双重散射等原因导致梯度算子不随深度的增加而缩放，模型深部参数得不到明显更新。目标函数的Hessian 算子包含曲率信息，可清晰预测梯度算子中的焦散现象及双重散射产生的伪影，因此，逆Hessian 算子则可作为反卷积算子实现对梯度的预处理，加强对模型深部的照明能力。然而Hessian 算子具有巨大维度，对其显式计算十分困难。基于此，借鉴逆散射理论的思想，给出勒夫波全波形反演目标函数的拟Hessian 算子的表达式，并提出一种梯度预处理的全波形反演方法。将该方法分别应用于断层模型、凹陷模型以及起伏界面模型的重构试验，反演结果表明：与传统的共轭梯度全波形反演方法相比，基于拟Hessian 算子的预处理共轭梯度方法可加快收敛速度，提升成像质量。

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煤田地质与勘探

2021年第04期

325

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基于CSAMT电场分量的电性标志层深度校正技术及应用

作者(Author)：刘最亮, 张奋轩, 张继锋, 周光裕, 赵辉, 张新

摘要：可控源音频大地电磁(CSAMT)是探测含煤地层富水区及采空区的重要地球物理方法，但其探测深度误差比较大，采用电性标志层进行深度校正，达到精确解释地层的目的。首先，提出基于电场单分量视电阻率计算方法，只需通过平移即可获得全区视电阻率，无需迭代，简单快速。接着，分析视电阻率微分极值与电性标志层的关系，通过测井电阻率曲线识别出电性标志层，然后通过比值计算深度校正系数，在全区进行插值得到任意测点的校正深度。对新元煤矿31004 工作面R280 测线数据进行深度校正处理，结果表明：校正后的深度和实际地层基本吻合。最后，通过已知充水采空区边界、淋水点以及钻孔揭示的结果进行对比验证，达到了预期效果。该方法为CSAMT 在含煤地层进行精细化数据处理和解释提供了新的思路。

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煤田地质与勘探

2021年第04期

305

168