以掘进机为震源的巷道随掘地震超前探测理论与方法研究

掘进巷道前方存在的断层、老窑采空区等地质异常体是矿井突水等灾害的主要隐患，严重威胁矿井安全生产，传统的以炸药为震源的矿井巷道地震超前探测方法存在着诸多局限性，因此，进行以掘进机为震源的矿井巷道随掘地震超前探测理论与方法研究，对于保障矿井安全具有重要的理论意义和应用价值。项目主要采用理论分析、数值计算、物理模拟、现场试验等多途径、多方法，对随掘地震相关基础科学问题进行系统研究，具体包括：（1）掘进机作业过程中截割头作为连续震源的传播特性；（2）单一震源和连续震源条件下不同地质异常体的反射波和绕射波等多波地震波场特征，巷道波场噪声特征及去噪方法；（3）巷道随掘地震三分量数据采集方法，检波器阵列组合方法；（4）巷道随掘地震波场成像方法，复杂波场的分离和识别处理，地质异常体偏移成像方法。解决上述基础科学问题，实现对巷道前方地质异常体的高效、精细探测，为矿井巷道随掘地震超前探测奠定理论和应用基础。

掘进巷道前方存在的断层等地质异常体是导致煤矿灾害发生的主要隐患，严重威胁矿井安全生产。传统的以炸药为震源的巷道地震超前探测方法存在着诸多局限性，诸如，炸药是危险品具有安全隐患，且探测过程中掘进工作必须停止。而随掘地震超前探测主要技术关键是以掘进机截割头切割岩石产生的振动作为震源进行巷道超前探测，它改变了常规地震超前探测以炸药为震源的模式，可以在掘进机正常工作时进行探测，不影响掘进生产进度，同时，也避免了利用炸药作为震源带来安全隐患，因此，进行以掘进机为震源的巷道随掘地震超前探测理论与方法研究，对于保障矿井安全具有重要的理论意义和应用价值。.项目主要采用理论分析、数值计算、物理实验和现场试验等多途径、多方法，对随掘地震相关基础科学问题进行研究，主要研究内容包括：（1）巷道随掘地震关键基础理论研究：参考随钻地震的基本理论，分析巷道掘进机震源的信号特征和地震波传播特征。探讨掘进机作业过程中截割头震源特征。提出随掘地震数据采集技术方法，重点是三分量数据采集方法和检波器阵列组合方法。由于随掘地震记录受掘进机工作过程中噪声影响非常大，造成接收的反射地震信号信噪比极低，严重影响了方法效果，提出随掘地震数据处理技术方法，重点是极化滤波、相关型与褶积型地震干涉法等去噪处理。（2）以掘进机切割岩石为连续震源的巷道随掘地震波场特征研究：以波动理论为基础，建立巷道随掘地震超前探测数学模型，进行波场计算，分析随掘地震的波场形成和传播特征。通过巷道随掘地震物理实验和现场试验，研究了全空间条件下不同地质异常体的散射波、绕射波、反射波等波场特征以及巷道面波、导波的波场特征，重点研究掘进前方地质异常体在单一震源和连续震源条件下的波场特征以及巷道波场噪声特征和压制强噪声方法。（3）随掘地震超前探测成像方法、信息识别与解译方法：探讨连续震源作用下地质异常体形成反射波、散射波等成像方法。研究复杂波场的分离和识别处理，通过极化分析、时间反转镜等方法，进行复杂波场的分离及识别，提出巷道前方地质异常体的偏移成像方法。.通过上述研究，初步形成了随掘地震超前探测的基础理论和主要方法，在波场特征识别、强干扰压制、波场成像等方面提出了一系列新方法，解决了随掘地震波场特征和强噪声压制方法等基础科学问题，通过数值仿真和现场试验，实现了对巷道前方地质异常体的高效、精细超前探测，为巷道随掘地震超前探测奠定理论基础。