地質(zhì)探測儀超前探測技術(shù)應(yīng)用

地質(zhì)探測儀超前探測技術(shù)應(yīng)用第一頁，共七十八頁，2022年，8月28日主講內(nèi)容1、MSP系統(tǒng)簡介2、現(xiàn)場施工和注意事項3、數(shù)據(jù)處理和解析4、具體應(yīng)用案例分析第二頁，共七十八頁，2022年，8月28日MSP系統(tǒng)簡介 MSP系統(tǒng)以本安型KDZ1114-6B30巷道地質(zhì)探測儀為中心，儀器采用先進電子技術(shù)與嵌入式操作系統(tǒng)，保證了地震數(shù)據(jù)的高保真獲取，同時配備有專業(yè)的MSP2.0數(shù)據(jù)處理平臺，該軟件提供了豐富的的地震數(shù)據(jù)管理、顯示與核心處理功能。第三頁，共七十八頁，2022年，8月28日MSP系統(tǒng)簡介第四頁，共七十八頁，2022年，8月28日MSP系統(tǒng)簡介 MSP系統(tǒng)能夠解決的地質(zhì)問題：

本系統(tǒng)主要用于超前探測巷道掌子面前方地質(zhì)構(gòu)造，包括斷層、陷落柱、采空區(qū)、軟弱破碎帶等，進行及時的地質(zhì)預(yù)測預(yù)報，為解決礦井巷道在開拓的過程中遇到的生產(chǎn)技術(shù)和施工安全問題，提供相關(guān)的技術(shù)支持和保障。第五頁，共七十八頁，2022年，8月28日MSP系統(tǒng)簡介

具體地講，在炸藥震源條件下可以用于礦井巷道掌子面前方的200米范圍內(nèi)的不良地質(zhì)體的預(yù)測預(yù)報，在錘擊震源條件下可以用于礦井巷道掌子面前方的80-100米范圍內(nèi)的不良地質(zhì)體的預(yù)測預(yù)報，給礦井巷道掘進施工提供依據(jù)，避免掘進的盲目性和地質(zhì)災(zāi)害的發(fā)生。第六頁，共七十八頁，2022年，8月28日MSP系統(tǒng)簡介

MSP工作原理 MSP技術(shù)基于反射波地震勘探原理，利用礦井巷道空間布置激發(fā)點和接收點，所激發(fā)地震波在傳播過程中遇到波阻抗差異時（如破碎帶，煤巖界面等）將產(chǎn)生反射波。利用儀器記錄反射波信號，通過專業(yè)軟件進行處理分析便可以得到相關(guān)的地質(zhì)異常體的反射界面。第七頁，共七十八頁，2022年，8月28日MSP系統(tǒng)簡介第八頁，共七十八頁，2022年，8月28日MSP系統(tǒng)簡介MSP技術(shù)的地球物理學(xué)基礎(chǔ)

煤系地層是層狀分布的，當?shù)貙又写嬖诓涣嫉刭|(zhì)體時，介質(zhì)間存在彈性差異，這為反射波的產(chǎn)生和傳播提供了良好的物理前提。第九頁，共七十八頁，2022年，8月28日MSP系統(tǒng)簡介斯奈爾定律（反射系數(shù)）

地震波在傳播過程中遇到上下介質(zhì)存在波阻抗不同的界面時會產(chǎn)生發(fā)射波。波阻抗就是介質(zhì)的密度ρ和地震波在介質(zhì)中傳播的速度v的乘積。假設(shè)煤層的密度為ρ1，地震波在煤層中傳播的速度為v1，巖層的密度為ρ2，地震波在巖層中傳播的速度為v2，則煤層的波阻抗為ρ1v1，巖層的波阻抗為ρ2v2。產(chǎn)生反射波的條件是ρ1v1≠ρ2v2。反射系數(shù)R的表達式為：

第十頁，共七十八頁，2022年，8月28日MSP系統(tǒng)簡介反射波

正如斯奈爾定律所言，地震波在地下巖層傳播時遇到波阻抗不同的界面時地震波會反射回來，這反射回來的波就稱為反射波。第十一頁，共七十八頁，2022年，8月28日MSP系統(tǒng)簡介巷道周邊界面反射波時距曲線規(guī)律：（1）巷道迎頭前方地質(zhì)異常界面的反射波在時距曲線表現(xiàn)出負視速度特征；測線上前后置接收點時距曲線特征相似，均表現(xiàn)出負速度特征。第十二頁，共七十八頁，2022年，8月28日MSP系統(tǒng)簡介（2）在巷道中布置測線時，受全空間影響，在巷道已揭露的后方存在的界面同樣會產(chǎn)生反射波。其反射波在前置檢波器和后置檢波器上均表現(xiàn)為正視速度特征。（3）巷道側(cè)幫界面，其中后置傳感器曲線在巷道空間中的有效反射波同相軸表現(xiàn)為正視速度而前置傳感器曲線有效反射波卻表現(xiàn)出負視速度特點。第十三頁，共七十八頁，2022年，8月28日MSP系統(tǒng)簡介

綜上所述，巷道前方界面反射波與周邊其它界面具有明顯視速度差異，巷道前方界面表現(xiàn)為負視速度，而巷道后方與側(cè)面界面表現(xiàn)為正視速度，這為有效識別和提取目的界面，即巷道迎頭前方的界面提供有利條件。第十四頁，共七十八頁，2022年，8月28日MSP系統(tǒng)簡介第十五頁，共七十八頁，2022年，8月28日現(xiàn)場施工和注意事項觀測系統(tǒng)布置

不同的地震勘探技術(shù)方法，地震波的一次激發(fā)與接收過程中，激發(fā)點與對應(yīng)的接收點必須按照一定的關(guān)系、規(guī)律來布置，這種激發(fā)點和接收點的相互關(guān)系稱為觀測系統(tǒng)。

第十六頁，共七十八頁，2022年，8月28日現(xiàn)場施工和注意事項

MSP地震數(shù)據(jù)采集是在特定的觀測系統(tǒng)下進行的，利用礦井巷道狹長且空間有限的特點，MSP將激發(fā)點和接收點均布置于巷道側(cè)幫，采用“一炮雙收”的方式接收地震波，多個炮點順序激發(fā)。第十七頁，共七十八頁，2022年，8月28日現(xiàn)場施工和注意事項 MSP的觀測系統(tǒng)主要有雙檢波器異側(cè)后置、雙檢波器前后置和雙檢波器同側(cè)后置三種。第十八頁，共七十八頁，2022年，8月28日現(xiàn)場施工和注意事項坐標系第十九頁，共七十八頁，2022年，8月28日現(xiàn)場施工和注意事項第二十頁，共七十八頁，2022年，8月28日現(xiàn)場施工和注意事項多分量多波地震勘探技術(shù)

由于地震波是以矢量形式在地下傳播的，采用多分量接收方式，可以接收到多種類型的波動（縱波、轉(zhuǎn)換橫波等），這為研究地震波的動力學(xué)特征及地下介質(zhì)彈性參數(shù)提供了新的信息和手段。第二十一頁，共七十八頁，2022年，8月28日現(xiàn)場施工和注意事項

由于在巷道掘進條件下，來自各個方向地質(zhì)界面的反射信息較多，因此利用多波多分量勘探技術(shù)可以增強對地質(zhì)體的判定精度。

多波多分量地震勘探技術(shù)，就是采用多分量接收，綜合利用縱波、橫波和轉(zhuǎn)換波等多種地震波信息，實現(xiàn)改善構(gòu)造成像、進行巖性分析、提高解釋精度等目的的地震技術(shù)。第二十二頁，共七十八頁，2022年，8月28日現(xiàn)場施工和注意事項

多分量勘探時巷道現(xiàn)場多采用三分量裝置形式，即分X、Y、Z三個方向?qū)z波器安裝在巷道幫上（或鉆孔內(nèi)），這樣得到的信息會更加豐富，并通過波場分離技術(shù)進行處理。第二十三頁，共七十八頁，2022年，8月28日現(xiàn)場施工和注意事項

檢波點和震源點的選擇（錘擊震源）

原始數(shù)據(jù)是數(shù)據(jù)解析的基礎(chǔ)，原始數(shù)據(jù)的質(zhì)量決定最終處理結(jié)果的可靠程度。而檢波器的布置點和震源的選擇決定了原始數(shù)據(jù)質(zhì)量的好壞。第二十四頁，共七十八頁，2022年，8月28日現(xiàn)場施工和注意事項檢波器和檢波點的選擇

目前MSP系統(tǒng)配備的三分量檢波器主要有兩種，一種是外掛式三分量檢波器，另外一種是孔中三分量檢波器。實際探測過程中要根據(jù)巷道的不同的探測條件來選擇相應(yīng)的檢波器。

第二十五頁，共七十八頁，2022年，8月28日現(xiàn)場施工和注意事項外掛檢波器和孔中檢波器的適用條件

外掛式三分量檢波器主要適用于巷道兩幫較為密實且片幫、破碎帶較少的煤巷及同樣條件錨網(wǎng)支護的巖巷。

孔中三分量檢波器主要適用于兩幫較為破碎的煤巖巷。第二十六頁，共七十八頁，2022年，8月28日現(xiàn)場施工和注意事項

檢波器的布置方法

外掛式三分量檢波器

在煤巷和巖石硬度較小的巖巷中在巷道一幫迎頭退后20m左右的位置選擇較為密實的地方砸入兩根鋼釬或選擇錨固條件較好的兩根金屬錨桿，利用高強磁頭將檢波器吸附在上面。第二十七頁，共七十八頁，2022年，8月28日現(xiàn)場施工和注意事項

在巖石硬度較大的巖巷中則選擇錨固條件較好的兩根金屬錨桿，利用高強磁頭將檢波器吸附在上面。

兩個檢波點之間的距離一般在1.5m-2m左右，檢波器在布置時要保持Y軸坐標方向始終垂直指向巷道頂板方向。第二十八頁，共七十八頁，2022年，8月28日現(xiàn)場施工和注意事項孔中檢波器的布置方法

在巷道一幫迎頭退后20m左右位置選擇相對密實沒有片幫的兩個點利用風(fēng)鉆和65mm鉆頭布置兩個上傾5度左右，孔深1.5m左右的檢波孔。兩個檢波孔的間距同樣是1.5m-2m左右。（注意檢波孔施工好后要將檢波孔中的碎石和積水清理干凈）第二十九頁，共七十八頁，2022年，8月28日現(xiàn)場施工和注意事項震源點選擇

在錘擊震源條件下，第一個震源點到最近檢波點的距離一般在2m-3m左右，震源點間距在1m左右。錘擊點要選擇較為密實沒有片幫的位置，錘擊過程中如果遇到錘擊條件不好的地方可以適當上下左右移動一下錘擊點位置，并做好相應(yīng)的記錄。探測過程中保證錘擊的力度同時不能出現(xiàn)顛錘現(xiàn)象。第三十頁，共七十八頁，2022年，8月28日現(xiàn)場施工和注意事項炸藥震源條件下檢波點和震源點的布置第三十一頁，共七十八頁，2022年，8月28日現(xiàn)場施工和注意事項第三十二頁，共七十八頁，2022年，8月28日現(xiàn)場施工和注意事項儀器參數(shù)設(shè)置

最重要的幾個參數(shù)

觸發(fā)方式：選擇外觸發(fā)

檢波器類型：三分量

檢波器個數(shù)：2個

采樣間隔：25*8us或13*8us

采樣點數(shù):2048

道通增益：24、36、48（根據(jù)波形振幅變化情況隨時調(diào)整）第三十三頁，共七十八頁，2022年，8月28日采樣時長=采樣間隔*采樣點數(shù)探測距離=采樣時長*波速/2第三十四頁，共七十八頁，2022年，8月28日現(xiàn)場施工和注意事項如何辨別有效波形第三十五頁，共七十八頁，2022年，8月28日數(shù)據(jù)處理和解析第三十六頁，共七十八頁，2022年，8月28日數(shù)據(jù)處理和解析帶通濾波第三十七頁，共七十八頁，2022年，8月28日數(shù)據(jù)處理和解析振幅調(diào)整第三十八頁，共七十八頁，2022年，8月28日數(shù)據(jù)處理和解析反射波提取第三十九頁，共七十八頁，2022年，8月28日深度偏移第四十頁，共七十八頁，2022年，8月28日數(shù)據(jù)處理和分析結(jié)果分析

波形數(shù)據(jù)和深度偏移數(shù)據(jù)對比第四十一頁，共七十八頁，2022年，8月28日數(shù)據(jù)處理和解析

同次探測不同分量探測結(jié)果對比第四十二頁，共七十八頁，2022年，8月28日數(shù)據(jù)處理和解析

不同分析結(jié)果圖對比第四十三頁，共七十八頁，2022年，8月28日數(shù)據(jù)處理和解析

多次跟蹤探測結(jié)果對比第四十四頁，共七十八頁，2022年，8月28日具體應(yīng)用案例分析

下面結(jié)合具體應(yīng)用案例，分別應(yīng)用以上數(shù)據(jù)處理方法，對MSP在不同條件下的應(yīng)用案例分別進行具體分析。第四十五頁，共七十八頁，2022年，8月28日具體應(yīng)用案例分析MSP技術(shù)在鶴煤十礦1504底抽巷中的應(yīng)用地質(zhì)概況： 1504底板抽放巷位于15采區(qū)中部，巷道沿二1煤層底板C2L8灰?guī)r掘進，上距二1煤層底板32米左右，巖性從下至上為灰?guī)r、泥巖及砂質(zhì)泥巖，該巷道向前掘進將穿過三維地震預(yù)測的F1061斷層，此次探測主要是為探明F1061斷層是否存在。第四十六頁，共七十八頁，2022年，8月28日具體應(yīng)用案例分析震源方式：錘擊震源檢波器類型：孔中三分量檢波器巷道性質(zhì)：沿C2L8灰?guī)r頂板掘進巷道條件：錨網(wǎng)支護巷道兩幫局部巖層片幫、破碎現(xiàn)象。第四十七頁，共七十八頁，2022年，8月28日具體應(yīng)用案例分析偏移成像結(jié)果和原始波形預(yù)處理對比第四十八頁，共七十八頁，2022年，8月28日具體應(yīng)用案例分析探測結(jié)果與實際揭露情況對比R1R2R3R4第四十九頁，共七十八頁，2022年，8月28日具體應(yīng)用案例分析

（1）巷道掘進迎頭前方13米揭露一條落差4米左右的正斷層；（2）巷道掘進迎頭前方52米揭露一條落差50米左右的正斷層，經(jīng)綜合分析為F1061斷層；（3）巷道掘進迎頭前方75米巖性為泥巖，較破碎；（4）巷道掘進迎頭前方104米左右揭露一條落差6米左右的正斷層。第五十頁，共七十八頁，2022年，8月28日具體應(yīng)用案例分析探測異常界面位置實際揭露情況R1位于迎頭前方15m左右位置迎頭前方13米揭露一條落差4米左右的正斷層R2位于迎頭前方44.5-47m左右位置迎頭前方52米揭露一條落差50米左右的正斷層R3位于迎頭前方73-75m左右位置迎頭前方75米巖性為泥巖，較破碎R4位于迎頭前方97-101m左右位置迎頭前方104米左右揭露一條落差6米左右的正斷層第五十一頁，共七十八頁，2022年，8月28日具體應(yīng)用案例分析MSP技術(shù)在云蓋山一礦行人暗斜井超前探測中應(yīng)用地質(zhì)概況：

該巷道布置在二1頂板上方15m左右層位，巖性主要為砂巖、砂質(zhì)泥巖，巖層傾角17度左右，探測區(qū)域地質(zhì)條件中等。第五十二頁，共七十八頁，2022年，8月28日具體應(yīng)用案例分析震源方式：錘擊震源檢波器類型：外掛式三分量檢波器巷道性質(zhì)：沿頂板掘巖巷兩幫條件：錨網(wǎng)支護巷道兩幫整體較為完整，局部有片幫現(xiàn)象。第五十三頁，共七十八頁，2022年，8月28日具體應(yīng)用案例分析不同分量探測結(jié)果圖對比第五十四頁，共七十八頁，2022年，8月28日具體應(yīng)用案例分析探測結(jié)果與實際揭露結(jié)果的對比R1R2第五十五頁，共七十八頁，2022年，8月28日具體應(yīng)用案例分析對應(yīng)異常界面位置實際揭露情況（1）在探測位置前方32m左右位置揭露一條落差0.5m左右斷層；（2）在探測位置前方47m左右位置揭露一條落差10m左右斷層。第五十六頁，共七十八頁，2022年，8月28日具體應(yīng)用案例分析探測異常界面位置實際巷道揭露情況其中R1距離迎頭前方31~53m左右在探測位置前方32m左右位置揭露一條落差0.5m左右斷層探測位置前方47m左右位置揭露一條落差10m左右斷層R2界面位于迎頭前方82m~85m左右探測位置前方83m左右揭露一條比較大的裂隙第五十七頁，共七十八頁，2022年，8月28日具體應(yīng)用案例分析MSP技術(shù)在平煤七礦22090機巷超前探中應(yīng)用

地質(zhì)概況：

該巷道布置在庚20煤層中，煤層傾角5°～24°平均15°，煤層厚度1.0～，探測區(qū)域總體地質(zhì)條件較為簡單，小斷裂構(gòu)造較發(fā)育。第五十八頁，共七十八頁，2022年，8月28日具體應(yīng)用案例分析震源方式：錘擊震源檢波器類型：外掛式三分量檢波器巷道性質(zhì)：沿頂板掘進煤巷兩幫條件：錨網(wǎng)支護巷道兩幫煤層較密實第五十九頁，共七十八頁，2022年，8月28日具體應(yīng)用案例分析兩次跟蹤探測前后對比第六十頁，共七十八頁，2022年，8月28日具體應(yīng)用案例分析探測結(jié)果與實際揭露情況對比R1R2R3R4第六十一頁，共七十八頁，2022年，8月28日具體應(yīng)用案例分析對應(yīng)異常界面位置實際揭露情況（1）V6+46.6m左右揭露一條落差0.2m左右斷層；（2）V6+56m，V6+61m左右分別揭露一條落差0.3m左右斷層；（3）V6+84.4m左右揭露一條落差1.4m左右斷層；（4）V6+104.6m左右煤層起伏。第六十二頁，共七十八頁，2022年，8月28日具體應(yīng)用案例分析探測異常界面位置實際巷道揭露情況R1位于V6點前方47-50m左右位置V6+46.6m左右揭露一條落差0.2m左右斷層R2位于V6點前方56-65m左右位置V6+56m，V6+61m左右分別揭露一條落差0.3m左右斷層R3位于V6點前方84-87m左右位置V6+84.4m左右揭露一條落差1.4m左右斷層R4位于V6點前方105-115m左右位置V6+104.6m左右煤層起伏第六十三頁，共七十八頁，2022年，8月28日具體應(yīng)用案例分析MSP技術(shù)在平煤十三礦14010機巷超前探中應(yīng)用地質(zhì)概況：

該巷道布置在己15煤層中，煤層厚度3.2m左右，存在一層夾矸，煤層起伏較大，小斷層構(gòu)造較為發(fā)育。第六十四頁，共七十八頁，2022年，8月28日具體應(yīng)用案例分析震源方式：錘擊震源檢波器類型：外掛式三分量檢波器巷道性質(zhì)：沿頂板掘進煤巷兩幫條件：錨網(wǎng)支護巷道兩幫煤層較密實第六十五頁，共七十八頁，2022年，8月28日DAP結(jié)果圖和DCP結(jié)果圖對比第六十六頁，共七十八頁，2022年，8月28日具體應(yīng)用案例分析探測結(jié)果與實際揭露結(jié)果的對比R2R1R2R1第六十七頁，共七十八頁，2022年，8月28日具體應(yīng)用案例分析對應(yīng)異常界面位置實際揭露情況（1）R1位置對應(yīng)為巷道揭露情況為煤層坡度變化；（2）R2位置對應(yīng)巷道揭露情況為煤層起伏。第六十八頁，共七十八頁，2022年，8月28日具體應(yīng)用案例分析探測異常界面位置實際巷道揭露情況R1位于迎頭前方12-17m左右位置R1位置對應(yīng)為巷道揭露情況為煤層坡度變化R2位于迎頭前方43-50m左右位置R2位置對應(yīng)巷道揭露情況為煤層起伏第六十九頁，共七十八頁，2022年，8月28日具體應(yīng)用案例分析MSP