论文瑞利波技术在煤矿井下超前探测中应用是适合不知如何写瑞利方面的相关专业大学硕士和本科毕业论文以及关于瑞利随薪贷app论文开题报告范文和相关职称论文写作参考文献资料下载。
摘 要：本文通过瑞利波技术勘探原理、井下数据采集及资料处理方法的介绍并通过该技术在乌苏四棵树煤矿八号井井下巷道跟踪超前探测中的实例应用,论述其地质探测效果.实验证明此项技术在煤矿井下短距离超前探测构造和采空区方面效果明显.
关键词：瑞利波；频散曲线；超前探测；探测距离
0 引言
瑞利波探测技术是西安煤科总院西安研究院科技攻关项目,此项科研成果在地面岩土工程勘察中运用较多,但在解决煤矿井下地质方面运用较少.利用瑞利面波的传播特性,在井下巷道迎头开展瑞利波跟踪超前探测,实践证明该方法分辨率高、探测和处理数据的速度快、探测数据直观、操作简便,不仅用于探测掘进巷
道前方的地质构造,也可用于探测采煤工作面内的陷落柱和小断层.
1 瑞利波超前勘探原理
瑞利波属于面波,它的质点合成运动以逆时针方向的椭圆轨迹行进,在介质自由表面附近按圆柱形波前方式传播,其传播速度根据频率的变化而变化,瑞利波能量主要集中在距地表一个波长（λR）尺度范围内,故波长不同勘探深度不同.瑞利波是一个宽频带的脉冲,由许多简谐波分量叠加而成的.简谐动位移方程可写为：
Y等于Kcosω（t-Δt）（1）
式中：K为常数,ω等于2πf,是角频率,t为时间,Δt为波传播到某一位置点x所需的时间, 假定每一个简谐波都以一定的相速度Vr传播,那么式（1）也可以写成：
Y等于Kcosω（t-）（2）
将ω等于2πf代如式（2）,可以得到：
Y等于Kcos（ωt-）（3）
式中是瑞利波传播到x位置处的相位角.
那么我们设离震源一定距离处有一观测点A,距离震源的距离为x1,记录到的瑞利波设为Y1：
Y1等于Kcosω（t-）
在波的前进方向上和A点相距Δx的观测点B,距离震源的距离为x2,同样也记录到一个波形Y2：
Y2等于Kcosω（t-）
我们已知A、B两点之间的距离为（x2-x1）等于Δx, 根据（3）式, 就可以计算出A、B两点之间相位差为：
Δ?等于2πf（x2-x1）/Vr等于2πfΔx/Vr（4）
A、B两测点间的距离Δx是已知的,我们利用频谱分析技术就可以计算出瑞利波每一频率点上的相位差 Δ?.根据（4）式求出相速度Vr：
Vr等于2πfΔx/Δ?（5）
相速度是瑞利波确定地层构造的关键参数,因此,瑞利波勘探方法和资料处理都是围绕准确求取相速度而进行的.
从式（5）中我们可以看出,瑞利波的传播速度Vr是频率f的函数,用Vr～f的关系就可以绘制出频散曲线.
2 数据采集
为了提高仪器探测精度以及深度,我们借用地面地震勘探中多次覆盖的理论,通过多道迭加使得频谱能量加大、精度加大,抗干扰减小.
根据井下施工条件,经过长期的实践研究,在巷道迎头超前探测中,一般采用Δx等于0.5m,而在侧帮探测中我们采用Δx等于1.0m两种施工方式.施工过程中,附近停止一切震动,采用重锤锤击,尽可能获得更多的低频瑞利波成分.
3 数据处理
在原始数据采集过程中,常遇到掘进头凹凸不平,煤层破碎,顶板岩层冒落等情况,不可避免采集到干扰信息,在数据不理想的情况下,首先通过处理软件的分析和编辑功能,提高数据质量,然后进行数字滤波,剔除干扰信息,最后经过反演计算得到频散曲线,如图1所示.
实践表明直接利用测得的瑞利波频散曲线进行地质解释,误差较大,而实测的瑞利波传播速度代表着某一深度内各层的传播速度的加权平均值（权系数和层厚度有关）,因此根据实测频散曲线,从平均速度中计算出各层的传播速度,利用平均速度和各层层速度的关系将探测结果以图2所示曲线方式显示,纵坐标表示探测深度,横坐标表示异常幅值（无量纲的量）,图上出现红色波峰的地段即表示有异常出现,当然异常变化出现,则红色波峰隆起越大,表示构造出现断层及裂隙的可能性加大,平直线条表示正常区.由于该区域无大的地质变化及采空区分布,图上直观显示变化会有大的红色波峰出现则推测该段为断层,而小的红色隆起异常多半为煤岩层破碎或节理发育所致.
图1 典型频散曲线 图2 成果显示图
4 工程实践应用
乌苏四棵树煤矿八号井建井时间为2007年,井田位于天山北麓低中山区,地势西、南高,东、北低,Ⅸ线以西,海拔1400～1600m,高差不大,但地形切割剧烈,沟谷纵横,高差可达400m左右.可采煤层和地表平均高差为100-200m之间,由于历史原因井田内有二处小窑,现已闭坑.但因地质资料不全,小窑遗留采空区对该矿生产存在潜在威胁.针对其2采区三条集中大巷进行瑞利波超前探测,探测三条集中上山前方顶部及侧帮部有无地质异常是此次工程探测的任务.
三条集中上山巷布置简图如图3所示：
图3 巷道布置简图
图4为乌苏四棵树煤矿皮带大巷南掘进头瑞利波超前探测结果图.道间距离采取等距Δx等于0.5m,震源点离第一个检波器1.0m,锤击激发方式.图中在探测起点前方附近有红色波峰出现,表明该3处可能有构造或地质分层出现异常.根据掘进其间煤岩层揭露资料,在1m处煤层破碎,9.5m处煤层应力集中,节理较发育,岩层走向东西,倾角17度,探测结果和揭露巷道中心位置误差0.8m.
图4 乌苏四棵树煤矿皮带大巷南掘进头瑞利波超前探测结果
根据矿井生产地质报告资料及结合现场采掘揭露资料,异常区附近均遇到断层,异常为煤层和断层面交界面引起,断层走向和现场揭露结果基本一致.
5 结语
通过井下瑞利波技术实际应用,说明了此项技术在煤矿井下具有一定的指导性,它具有操作简单、施工快速灵活,分辨率高,对现场工作条件要求低等特点.适用于井下特殊环境的短距离超前探测工作需要,在煤矿开采条件日益复杂的形势下,瑞利波技术对井下地质物探方面独特优势,在煤矿有着良好的发展前景.但同时在实践中也发现了该技术的局限性,对煤岩层的分层及长距离探测还有不足,总之该技术还需要总结和不断完善、提高.
参考文献：
[1]储绍良.矿井物探应用[M].北京：煤炭工业出版社,1995.
[2]从皖平,张鹏,王继矿.多道瑞利波在矿井堵头巷道超前探中的应用[J].煤田地质和勘探,2008,36（4）.
[3]从王益.瑞利波技术在煤矿井下超前探测[J].现代矿业,2013（10）.
作者简介：
林纲虎（1976.3.1）,男,助理工程师,2010年毕业于西安科技大学采矿工程专业,现任乌苏四棵树煤炭有限责任公司生技部主管,从事煤矿井下地测防治水专业工作.
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参考文献：
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