礦井分布式地震超前探測系統(tǒng)研究與應(yīng)用

竇文武，衛(wèi)金善，焦 陽，楊高峰，吉澤宇

礦井分布式地震超前探測系統(tǒng)研究與應(yīng)用

竇文武1,2，衛(wèi)金善1,2，焦 陽1，楊高峰1，吉澤宇2

(1. 山西晉煤集團(tuán)技術(shù)研究院有限責(zé)任公司，山西 晉城 048006；2.煤與煤層氣共采國家重點實驗室，山西 晉城 048012)

為探測掘進(jìn)巷道前方地質(zhì)構(gòu)造，研制一套礦井分布式地震超前探測系統(tǒng)。系統(tǒng)基于地震波反射理論，通過檢波器分布式接收或震源分布式激發(fā)確定地質(zhì)異常體的位置。為了進(jìn)一步提高煤礦采掘過程中構(gòu)造的預(yù)測預(yù)報精度，采用分布式觀測系統(tǒng)和孔中膠囊檢波器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集以提高設(shè)備的靈敏度，通過負(fù)視速度原理排除側(cè)幫和后方地質(zhì)異常體的干擾，利用繞射共偏移算法優(yōu)化數(shù)據(jù)反演成果。經(jīng)過大量試驗驗證和歸納總結(jié)，該系統(tǒng)采用人工錘擊震源可有效探測出前方70 m范圍內(nèi)的地質(zhì)異常信息，采用人工炸藥激發(fā)震源可有效探測出前方150~200 m范圍內(nèi)的地質(zhì)異常信息。研究結(jié)果表明，礦井分布式地震超前探測系統(tǒng)通過從硬件到軟件優(yōu)化，可實現(xiàn)采掘過程中對地質(zhì)構(gòu)造的探測精度，并提高探測效率。

分布式地震；超前探測系統(tǒng)；膠囊檢波器；負(fù)視速度；繞射共偏移

近年來，電子科技、重型裝備、控制系統(tǒng)都取得了較大突破，為我國煤炭開采走向數(shù)字化和智能化起到了推動作用，但要真正實現(xiàn)智能化開采，首先要解決地質(zhì)構(gòu)造透明化的問題。地質(zhì)構(gòu)造透明化就是對采掘工作面影響生產(chǎn)的地質(zhì)構(gòu)造提前查清、查明，規(guī)劃好采掘前的預(yù)防措施，而礦井物探方法是查清、查明地質(zhì)構(gòu)造的主要方法之一。礦井物探技術(shù)通過近幾十年的發(fā)展，逐步形成了電磁法、電法、震法、放射源法等常用的幾種方法，實踐應(yīng)用證明地震法為探測地質(zhì)構(gòu)造的最佳方法。

礦井地質(zhì)構(gòu)造探測主要分為掘進(jìn)工作面探測和回采工作面探測，主要探測手段有地震槽波探測技術(shù)、地質(zhì)雷達(dá)探測技術(shù)、無線電波透視技術(shù)和震波反射探測技術(shù)。眾多專家學(xué)者應(yīng)用槽波透射、反射或者透反射聯(lián)合探測方法對回采工作面內(nèi)存在的地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行研究[1-4]，進(jìn)一步推動礦井對小型構(gòu)造的預(yù)測預(yù)報技術(shù)；賈茜等[5]、左汪會[6]分析了無線電波透視技術(shù)對回采工作面內(nèi)小構(gòu)造的探測優(yōu)缺點和優(yōu)化方法，進(jìn)一步研究了探測陷落柱的方法。有不少學(xué)者在巷道超前探測方面進(jìn)行了研究，郭來功等[7]在巷道掘進(jìn)過程中應(yīng)用震波超前探測到1.5 m斷距的斷層，但沒有明確整體應(yīng)用的準(zhǔn)確率情況；覃思等[8]運用井地聯(lián)合地震超前探測巷道前方地質(zhì)異常體，效果明顯，但施工復(fù)雜；程裕斌[9]利用地震法探測礦井構(gòu)造并有效地進(jìn)行瓦斯涌出危險分析，為超前探測應(yīng)用起到示范性作用；胡運兵[10]系統(tǒng)描述震波超前探系統(tǒng)，并對錘擊震源和炸藥震源不同特征進(jìn)行了對比，選擇炸藥震源作為研究對象進(jìn)行了案例分析；劉盛東[11]采用巷道多次覆蓋的觀測系統(tǒng)采集地震數(shù)據(jù)，利用波場矢量合成與分解、橫向偏移疊加等處理技術(shù)對掘進(jìn)巷道前方150 m范圍內(nèi)斷層等地質(zhì)異常體進(jìn)行有效的超前探測。

通過查閱資料和市場調(diào)研發(fā)現(xiàn)，巷道超前探測構(gòu)造的方法主要有兩種，一種是隧道地震預(yù)測預(yù)報系統(tǒng)(簡稱TSP)，是將檢波器布置在隧道側(cè)幫，在側(cè)幫以炸藥作為激發(fā)震源進(jìn)行數(shù)據(jù)采集[12-14]；另一種是礦用單點地震法，是將檢波器布置在掘進(jìn)工作面，用錘擊產(chǎn)生激發(fā)震源，該方法未能在煤礦巷道超前探測推廣應(yīng)用，主要是因為探測準(zhǔn)確率偏低和現(xiàn)場實用性較差。筆者結(jié)合TSP探測技術(shù)、礦用單點地震法和煤礦現(xiàn)場實際情況，基于地震波反射理論，通過優(yōu)化設(shè)備的檢波器和采集軟件，采用多點分布式接收方法提高煤礦采掘過程中構(gòu)造的預(yù)測預(yù)報精度和現(xiàn)場實用性。

1 分布式地震超前探測原理

分布式地震超前探測(Distributed Seismic Advance Detection，簡稱DSAD)技術(shù)，基于地震反射原理，將多個檢波器或震源點呈線性排列，有規(guī)則地接收或激發(fā)地震信號，利用地震反射波在煤系中傳播的特征來辨別掘進(jìn)巷道前方斷層、軟弱夾層等不良地質(zhì)體。“分布式”一詞來源于計算機領(lǐng)域，它把一個巨大的復(fù)雜的問題分成許多小的部分，然后把這些小部分安排給若干獨立計算機進(jìn)行處理，最后把這些分散的結(jié)果綜合起來得到最終結(jié)果。分布式地震超前探測主要指將復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造探查數(shù)據(jù)用多個不同方位的檢波器來采集處理，或用多個不同方位的震源來激發(fā)地震數(shù)據(jù)，綜合分析來自不同方位的數(shù)據(jù)得出最終結(jié)果。

1.1 負(fù)視速度特征

由于震波的全空間效應(yīng)、煤系地層的不均一性和施工空間的局限性，導(dǎo)致礦井煤系地層空間彈性波場具有一定的復(fù)雜性[15]，因此，巷道工程中彈性波場表現(xiàn)出全空間、多波疊加的復(fù)雜特征。為了分辨地質(zhì)異常體位于巷道前方、后方或側(cè)幫，對比普通地震超前探測和分布式超前探測的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)普通地震超前探測對前方、后方和側(cè)幫方向的異常沒有明顯區(qū)分，而分布式地震超前探測系統(tǒng)對前方異常呈現(xiàn)負(fù)視速度[16]，因此，分布式地震超前探測系統(tǒng)更適合掘進(jìn)巷道超前探測。

如圖1a所示，F(xiàn)1為已掘巷道后方的斷層，F(xiàn)2為巷道側(cè)幫斷層，F(xiàn)3為巷道前方斷層，紅色圓圈點為激發(fā)點，藍(lán)色長條為檢波器。

圖1 礦井分布式地震超前探示意圖

不同波的視速度記為：

式中：X,j為激發(fā)點到檢波點的距離，,=1,2,…,代表檢波器編號，代表激發(fā)點編號；t為檢波器采集到激發(fā)點激發(fā)的信號時間，,=1,2,3,…；dir為直達(dá)波視速度；Fk為震波信號經(jīng)過斷層F反射到檢波器的視速度；XFj為第號激發(fā)點的震波信號經(jīng)過斷層反射到檢波器的距離；tFj為第號激發(fā)點震波信號經(jīng)過斷層反射到檢波器的時間。通過計算可知F3的值為負(fù)，故稱負(fù)視速度，一般與直達(dá)波的斜率相反；如圖1b所示，后方的斷層F1的波形和直達(dá)波圖形傾向基本一致，側(cè)幫F2的波形呈一定曲線，F(xiàn)3的波形傾向與直達(dá)波方向相反。

1.2 分布式地震觀測系統(tǒng)

觀測系統(tǒng)是指設(shè)備采集信號接收點與發(fā)射點之間的幾何關(guān)系，不同的排列組合會產(chǎn)生不同的接收效果。分布式地震觀測系統(tǒng)按檢波器布置位置分為前置觀測系統(tǒng)、后置觀測系統(tǒng)和不規(guī)則觀測系統(tǒng)3類。

a.前置觀測系統(tǒng) 前置觀測系統(tǒng)是將檢波器安置在距離掘進(jìn)工作面較近的側(cè)幫位置，第1道檢波器一般距離工作面1~2 m。在煤幫中線呈直線布置檢波器和震源點，震源點布置在檢波器后方。如圖2a所示，G1、G2為檢波器，S1,S2,…,S10為震源點，G0為G1關(guān)于斷層F1的對稱點，由圖可知，S1,S2,…, S10距G1的距離由大變小，S1,S2,…,S10經(jīng)斷層反射后到達(dá)G1的距離等于到達(dá)G0的距離，也是由大變小。采集到的波形記錄如圖2b所示，當(dāng)?shù)刭|(zhì)條件復(fù)雜或受頂?shù)装鍘r層界面反射影響時容易造成誤判，此時檢波器前置需要做出適當(dāng)調(diào)整。

b. 后置觀測系統(tǒng) 后置觀測系統(tǒng)是將檢波器安放在距離掘進(jìn)工作面較遠(yuǎn)端，震源點位置從工作面附近開始記錄，第1炮(錘)一般距離工作面1~2 m。在煤幫中線呈直線布置檢波器和震源點，檢波器布置在震源點后方，如圖3a所示，G1、G2為檢波器，S1，S2，…，S10為震源點，G0為G1關(guān)于斷層F1的對稱點，由圖3可知，S1,S2,…,S10距G1的距離由大變小，S1,S2,…,S10經(jīng)斷層反射后到達(dá)G1的距離等于到達(dá)G0的距離，由小變大。采集到的波形記錄如圖3b所示。同理，可采用多個檢波器和少量震源，需將檢波器和震源位置調(diào)換，變?yōu)闄z波器前置系統(tǒng)。

c. 不規(guī)則觀測系統(tǒng) 不規(guī)則觀測系統(tǒng)是由前置和后置觀測系統(tǒng)組合的觀測系統(tǒng)，也有后置觀測系統(tǒng)和單點地震組合的觀測系統(tǒng)，還有兩幫同時后置或是前置的觀測系統(tǒng)，類型較多，根據(jù)現(xiàn)場和探測目的進(jìn)行有效組合，形成一套合適的探測方案。不規(guī)則觀測系統(tǒng)主要是一個工程前期做試驗時進(jìn)行對比的布置方式，主要為了減少試驗次數(shù)，一次采集多種觀測系統(tǒng)的數(shù)據(jù)，后期經(jīng)過反演總結(jié)出最佳的探采觀測系統(tǒng)。

2 礦用分布式地震超前探測系統(tǒng)

DSAD系統(tǒng)主要是用于煤礦巷道超前探測地質(zhì)構(gòu)造，因此，設(shè)計時需要考慮其輕便、簡易、防塵、防水、防爆、防摔等特性。另外，為了采集到高質(zhì)量的數(shù)據(jù)，并適應(yīng)現(xiàn)場靈活多變性，設(shè)計并采用了膠囊式檢波器、插針式數(shù)據(jù)線、雙操控系統(tǒng)和雙激發(fā)系統(tǒng)。

2.1 硬件系統(tǒng)

采集儀器主要包括主機、采集站、檢波器、數(shù)據(jù)傳輸線、震源激發(fā)器5部分。

a. 主機 Windows操作系統(tǒng)，設(shè)備外觀簡潔，為了防止現(xiàn)場出現(xiàn)操作系統(tǒng)失靈現(xiàn)象，設(shè)計成具有觸摸屏和鍵盤雙控制操作平臺，留設(shè)有USB、充電和連接采集站的專用接口，內(nèi)存4 G，硬盤128 G，CPU采用英特爾凌動1.83 GHz，電池為4 Ah鋰電池，整機質(zhì)量小于4.5 kg。

b. 采集站 每個采集站2 個信道，AD 轉(zhuǎn)換器采用24 位，Δ-Σ技術(shù)，輸入電壓范圍為± 2.8 V，輸入阻抗為20 kΩ，采樣率為125、250、500 Hz與1、2、4、8、16、32、48 kHz可調(diào)，瞬時動態(tài)范圍不小于120 dB，共模抑制比不小于100 dB，全諧波畸變小于 0.000 8%。

c. 檢波器 為了確保采集高質(zhì)量信號，采用互為垂直的雙分量水平膠囊式檢波器，直徑為55 mm，施工時在煤壁施工孔徑57 mm、孔深2 m的檢波孔，穿過煤壁的松動圈，將檢波器塞進(jìn)去，通過充氣后，使檢波器與煤壁耦合充分。

d. 數(shù)據(jù)傳輸線 雙芯電纜，外皮具有極高的絕緣性和彈性。為了適應(yīng)不同觀測系統(tǒng)，采用插針式連接，便于不同距離的連接和增減。

e. 震源激發(fā)器 為了多用途探測，設(shè)計有短路觸發(fā)和感應(yīng)觸發(fā)。短路觸發(fā)主要用于錘擊系統(tǒng)，在銅錘的一端裝有較高靈敏度的短路觸發(fā)器，在錘擊瞬間觸發(fā)主機采集數(shù)據(jù)；感應(yīng)觸發(fā)主要用于炸藥震源，當(dāng)電流通過觸發(fā)器時激發(fā)主機采集數(shù)據(jù)。

2.2 軟件系統(tǒng)

軟件系統(tǒng)主要包括采集軟件和反演軟件，采集軟件主要安裝在主機中，用于控制采集系統(tǒng)，具備控制、瀏覽、存儲、檢測功能；反演軟件主要安裝在室內(nèi)的電腦中，用于后期數(shù)據(jù)處理、校正、分析和成圖。整體框架如圖4所示。

采集軟件中的控制功能具有識別采集站功能，通過在控制菜單中輸入采集站的識別碼，顯示各采集站運行情況，同時控制采集過程中數(shù)據(jù)的激發(fā)和接收；檢測功能是用來檢測分布式系統(tǒng)的電量、噪聲、連接狀態(tài)等信息；瀏覽功能主要用于現(xiàn)場已采集數(shù)據(jù)的查看和檢查；存儲功能主要是保存數(shù)據(jù)，具備一次采集多盤自動保存。反演軟件中數(shù)據(jù)處理主要是將原始數(shù)據(jù)進(jìn)行簡單編輯、篩選、坐標(biāo)構(gòu)建；數(shù)據(jù)校正主要是對延遲時間、道間、道內(nèi)差別的校正；數(shù)據(jù)分析是系統(tǒng)核心，為了區(qū)分不同方向、不同特征的異常，主要運用震波反演的波場分離、能量均衡、速度分析等算法，采用負(fù)視速度理論結(jié)合觀測系統(tǒng)掃描出前方的地質(zhì)異常區(qū)域；數(shù)據(jù)成圖主要通過繞射共偏移反演算法顯示出異常的位置，調(diào)用了強大Surfer成圖軟件，將分析的異常區(qū)域用圖形顯示出來。

3 實測案例與分析

選用空巷和斷層典型案例對DSAD系統(tǒng)整體效果進(jìn)行分析驗證。

3.1 空巷探測

2019年4月晉煤集團(tuán)海天煤業(yè)進(jìn)入3號煤老窯采空區(qū)附近，由于礦井整體涌水量較小，采用瞬變電磁法探測效果不明顯，為防止無計劃揭露采空區(qū)，選用DSAD系統(tǒng)進(jìn)行超前探測。

觀測系統(tǒng)采用檢波器左側(cè)幫后置布置(圖5a)，道間距2 m，炮間距1 m，炮檢距5 m，由于礦井不方便使用炸藥震源，故選取錘擊震源進(jìn)行探測。原始震波信號如圖5b所示，150 ms內(nèi)信號穩(wěn)定，之后信號明顯減弱，斜線為直達(dá)波初至?xí)r間連線，有效信號200 ms后，可保證70 m的有效探測距離。

經(jīng)濾波、負(fù)視速度提取后的波形記錄如圖5c所示，藍(lán)色斜線為異常界面的負(fù)視速度時間軸。應(yīng)用繞射共偏移反演得出探測成果剖面，如圖5d所示，不同顏色表示震波的反射信號強弱，在距掘進(jìn)工作面約40 m(坐標(biāo)軸60 m)附近有明顯的強反射信號，推測為空巷及周邊破碎區(qū)域的反映特征。后經(jīng)鉆探，在掘進(jìn)工作面前38 m處卡鉆，但未發(fā)現(xiàn)涌水現(xiàn)象。經(jīng)掘進(jìn)揭露，距探測位置40 m附近揭露老窯空巷，煤層塌陷，破碎嚴(yán)重。

3.2 斷層探測

晉城寺河礦屬于高瓦斯礦井，為防止煤與瓦斯突出，需要提前預(yù)測預(yù)報小型構(gòu)造。針對該礦多條巷道開展連續(xù)探測試驗，試驗期間既采用了錘擊震源又采用了炸藥震源，通過原始數(shù)據(jù)觀察和揭露驗證，發(fā)現(xiàn)炸藥震源有效探測達(dá)到150 m。

某次試驗采用檢波器前置觀測系統(tǒng)，檢波器和激發(fā)點同時布置在巷道右?guī)停捎谜ㄋ幷鹪础榱藴p少現(xiàn)場施工時間，設(shè)計炸藥激發(fā)點2個，如圖6a所示，炮間距20 m，第1激發(fā)點S1距G8檢波器20 m；檢波器設(shè)計8個，為G1—G8，道間距1.5 m。觀測系統(tǒng)坐標(biāo)以掘進(jìn)工作面中點為原點，巷道掘井方向為軸正方向，垂直軸的巷道左側(cè)幫為軸正方向，默認(rèn)煤層為一水平面。采集的原始信號如圖6b所示，有效波信號360 ms，在120 ms前高頻信號干擾較強。

圖5 DSAD空巷探測分析

通過對直達(dá)波初至?xí)r間分析，確定煤層傳播速度為2 m/ms，作為后期成果分析的值；再通過震波疊加偏移分析和反射界面識別分析，生成反演結(jié)果，如圖6c所示，不同色標(biāo)代表能量系數(shù)大小，其中藍(lán)色為最強波谷能量系數(shù)，紅色為最強波峰能量系數(shù)。由圖6c可知，在距探測工作面約30 m附近有明顯的強反射信號，推測為小型斷層的反映特征。后經(jīng)掘進(jìn)揭露，距探測位置32 m處揭露斷距為3 m的斷層，不含水，周邊煤層破碎。

圖6 DSAD斷層探測實例分析

3.3 實踐分析

需要根據(jù)不同的探測現(xiàn)場和目標(biāo)，設(shè)計合理的觀測系統(tǒng)，并選取合適的激發(fā)震源。震源一般選取錘擊，具有施工便利、用時較少、近距離信號穩(wěn)定、檢波器用量少的優(yōu)點，有效超前探測可達(dá)70 m；錘擊和炸藥兩種震源相結(jié)合探測，超前探測可達(dá)150~200 m，錘擊震源數(shù)據(jù)用來解釋近距離異常信息，炸藥震源數(shù)據(jù)用來解釋遠(yuǎn)端異常信息，炸藥量選取50~200 g，激發(fā)2~4次，最經(jīng)濟合理。由于DSAD系統(tǒng)是基于地震波理論進(jìn)行探測，在軟煤區(qū)、破碎區(qū)域、復(fù)采巷道中難以接收到良好地震波信號，因此，在這些情況下效果不佳；另外，由于系統(tǒng)是將檢波器和震源布置在巷道側(cè)幫施工，因此，巷道開口處也不適合使用該方法探測。

4 結(jié)論

a. 選用膠囊式檢波器、插針式數(shù)據(jù)線、雙操控系統(tǒng)和雙激發(fā)系統(tǒng)提高了數(shù)據(jù)采集質(zhì)量，并能夠適應(yīng)現(xiàn)場的靈活多變性；應(yīng)用負(fù)視速度反演技術(shù)來減弱側(cè)幫和后方地質(zhì)異常的干擾，凸顯前方異常，提高了探測精度；選用檢波器后置觀測系統(tǒng)和錘擊震源對煤礦井下巷道超前預(yù)測預(yù)報小構(gòu)造、采空區(qū)等地質(zhì)異常體更具有便捷性和準(zhǔn)確性。

b.DSAD系統(tǒng)采用人工錘擊震源適合近距離超前探測，炸藥震源適合遠(yuǎn)距離探測；錘擊震源能量較弱，遠(yuǎn)端信號較弱，但近距離信號穩(wěn)定，適合探測70 m范圍內(nèi)的地質(zhì)信息；炸藥震源能量較強，探測距離較遠(yuǎn)，適合探測70 m范圍外的地質(zhì)信息。

c. DSAD系統(tǒng)在探測巷道掘進(jìn)過程中工作面前方異常體的位置有較好的應(yīng)用效果；但在軟煤區(qū)、破碎區(qū)、復(fù)采巷道中應(yīng)用效果不佳。另外，由于受巷道施工環(huán)境的空間限制，在探測異常體大小方面還有待進(jìn)一步研究。

請聽作者語音介紹創(chuàng)新技術(shù)成果等信息，歡迎與作者進(jìn)行交流

[1] 王季. 反射槽波探測采空巷道的實驗與方法[J]. 煤炭學(xué)報，2015，40(8)：1879–1885. WANG Ji. Experiment and method of void roadway detection using reflected in-seam wave[J]. Journal of China Coal Society，2015，40(8)：1879–1885.

[2] 段毅，許獻(xiàn)磊. 地質(zhì)雷達(dá)超前探測在常村煤礦的應(yīng)用研究[J]. 中國礦業(yè)，2017，26(8)：150–153. DUAN Yi，XU Xianlei. Advanced detection application by using geological radar in Changcun coal mine[J].China Mining Magazine，2017，26(8)：150–153.

[3] 段天柱. 透射槽波層析成像在煤礦工作面隱伏構(gòu)造探測中的應(yīng)用[J]. 礦業(yè)安全與環(huán)保，2018，45(2)：68–71.DUAN Tianzhu. Application of tomography in transmission channel wave to detect concealed structures in working face[J]. Mining Safety & Environmental Protection，2018，45(2)：68–71.

[4] 趙朋朋. 槽波透射與反射聯(lián)合勘探在小構(gòu)造探測中的應(yīng)用[J]. 煤炭工程，2017，49(5)：47–50.ZHAO Pengpeng. Application of ISS transmission and reflection method in detection of small structures[J]. Coal Engineering，2017，49(5)：47–50.

[5] 賈茜，張仲禮，田小超，等. 礦井無線電波透視法在唐家會礦井61101工作面隱伏斷層探測中的應(yīng)用[J]. 煤田地質(zhì)與勘探，2017，45(1)：137–142. JIA Qian，ZHANG Zhongli，TIAN Xiaochao，et al. Application of radio wave perspective method in exploration of concealed fault in 61101 working face of Tangjiahui mine[J]. Coal Geology & Exploration，2017，45(1)：137–142.

[6] 左汪會. 煤層工作面小構(gòu)造無線電波透視探測技術(shù)研究[D]. 淮南：安徽理工大學(xué)，2017. ZUO Wanghui. Research on detection of radio wave penetration for small geological structure in coal face[D]. Huainan：Anhui University of Science & Technology，2017.

[7] 郭來功，戴廣龍，楊本才，等．基于面波的巷道揭煤超前探測試驗研究[J]. 煤炭科學(xué)技術(shù)，2017，45(6)：201–206．GUO Laigong，DAI Guanglong，YANG Bencai，et a1. Experimental study on advanced detection in uncovering coal tunnel based on tunnel surface wave[J]. Coal Science and Technology，2017，45(6)：201–206．

[8] 覃思，程建遠(yuǎn)，胡繼武，等. 煤礦采空區(qū)及巷道的井地聯(lián)合地震超前勘探[J]. 煤炭學(xué)報，2015，40(3)：636–639. QIN S?，CHENG Jianyuan，HU Jiwu，et al. Coal-seam-ground -seismic for advance detection of goaf and roadway[J]. Journal of China Coal Society，2015，40(3)：636–639.

[9] 程裕斌. 礦井構(gòu)造與瓦斯的震波超前探測技術(shù)應(yīng)用分析[C]//煤礦物探學(xué)術(shù)論文集(2007). 山東煤炭學(xué)會：中國煤炭學(xué)會，2007：4. CHENG Yubin. The Analysis and application of seismic advance detection technology for mine structure and gas[C]//Collection of Academic Papers on Geophysical Prospecting of Coal Mines(2007). Shandong Coal Society：China Coal Society，2007：4.

[10] 胡運兵. 礦井遠(yuǎn)距離超前探測系統(tǒng)與應(yīng)用研究[D]. 長沙：中南大學(xué)，2014.HU Yunbing. The study of system and application of remote and advanced mine detection[D]. Changsha：Central South University，2014.

[11] 劉盛東. MSP技術(shù)及其在煤礦巷道小構(gòu)造探測中的應(yīng)用[C]//中國煤炭學(xué)會礦井地質(zhì)專業(yè)委員會. 2007年學(xué)術(shù)論壇論文集. 安徽理工大學(xué)地球與環(huán)境學(xué)院、中國煤炭學(xué)會礦井地質(zhì)委員會：中國煤炭學(xué)會，2007：4.LIU Shengdong. MSP technology and the application of detecting small geologic structure in coal mine laneway[C].Proceedings of the 2007 Academic Forum of the Mine Geology Professional Committee of China Coal Society. School of Earth and Environment，Anhui University of Science and Technology，Mine Geological Committee of China Coal Society：China Coal Society，2007：4.

[12] 李俊杰，張紅綱，何建設(shè)，等. TSP探測精度分析及其在過江隧洞超前預(yù)報中的應(yīng)用[J]. 煤田地質(zhì)與勘探，2019，47(4)：193–200. LI Junjie，ZHANG Honggang，HE Jianshe，et al. Detection accuracy analysis of TSP and its application in a river-crossing tunnel construction[J]. Coal Geology & Exploration，2019，47(4)：193–200.

[13] 郭立全，劉盛東. 巷道構(gòu)造震波超前探測技術(shù)及其應(yīng)用[J]. 煤炭科學(xué)技術(shù)，2008，36(11)：99–101. GUO Liquan，LIU Shengdong. Mine seismic prediction technology and application to mine roadway tectonic[J]. Coal Science and Technology，2008，36(11)：99–101.

[14] 朱海龍. 影響TSP203隧道超前地質(zhì)預(yù)報系統(tǒng)探測準(zhǔn)確度的因素研究[J]. 工程地球物理學(xué)報，2016，13(1)：82–87.ZHU Hailong. Study on factors affecting the accuracy of TSP203 tunnel advance geological prediction system[J]. Chinese Journal of Engineering Geophysics，2016，13(1)：82–87.

[15] 劉少虹，潘俊鋒，王洪濤，等. 基于地震波和電磁波CT 聯(lián)合探測的采掘巷道沖擊危險性評價方法[J]. 煤炭學(xué)報，2018，43(11)：2980–2991. LIU Shaohong，PAN Junfeng，WANG Hongtao，et al. Assessment of rock burst risk in roadway based on the combination of seismic and electromagnetic wave CT technology[J]. Journal of China Coal Society，2018，43(11)：2980–2991.

[16] 侯偉，楊正華. 負(fù)視速度超前預(yù)報傾斜界面位置確定[J]. 物探與化探，2015，39(5)：1089–1093.HOU Wei，YANG Zhenghua. The determination of the position of tilted interface matching in negative apparent velocity tunnel seismic prediction[J]. Geophysical and Geochemical Exploration，2015，39(5)：1089–1093.

Research and application of mine distributed seismic advance detection system

DOU Wenwu1,2, WEI Jinshan1,2, JIAO Yang1, YANG Gaofeng1, JI Zeyu2

(1. Shanxi Jincheng Anthracite Mining Group Technology Research Institute Co. Ltd., Jincheng 048006, China; 2. State Key Laboratory of Coal and CBM Co-mining, Jincheng 048012, China)

The mine distributed seismic advance detection system is a set of equipment for detecting the heading geological structure of the mine tunnel. The system is based on the seismic reflection theory. The geologic anomaly is determined by the distributed geophones or the distributed excitation of the source. In order to improve the prediction and prediction accuracy of the structure during coal mining, the distributed observation system and the hole capsule detectors are used for data acquisition to improve the sensitivity of the equipment, the negative apparent velocity principle is used to exclude the interference of the lateral and rear geological anomalies, and diffraction common offset algorithm is used to optimize data inversion results. After a large number of tests and practice, it is concluded that the system can effectively detect geological anomaly information within 70 meter in front by using artificial hammer source and within the range of 150–200 m in front by explosive source. The research results show that the mine distributed seismic advance detection system achieves the accuracy and efficiency of geological structure detection in the mining process through hardware-to-software optimization.

distributed earthquake; advance detection system; capsule detector; negative apparent velocity; diffraction common offset

P631

A

10.3969/j.issn.1001-1986.2020.02.033

1001-1986(2020)02-0228-07

2019-06-09；

2019-10-23

晉煤集團(tuán)科技研發(fā)項目(JSYJ-JSKF-2015-0021)

TheR&D Project of Anthracite Mining Group(JSYJ-JSKF-2015-0021)

竇文武，1982年生，男，山西武鄉(xiāng)人，工程師，從事水文地測相關(guān)工作. E-mail：chinasxdww@163.com

竇文武，衛(wèi)金善，焦陽，等. 礦井分布式地震超前探測系統(tǒng)研究與應(yīng)用[J]. 煤田地質(zhì)與勘探，2020，48(2)：228–234.

DOU Wenwu，WEI Jinshan，JIAO Yang，et al. Research and application of mine distributed seismic advance detection system[J]. Coal Geology & Explortion，2020，48(2)：228–234.

(責(zé)任編輯 聶愛蘭)