煤矿灾害事件与地震槽波波场特征示范研究—煤层厚度变异与断裂构造和采空区探测

在煤矿的灾害事件中，以瓦斯、冲击地压和突水为主体，它们均与煤层构造密切相关，为此如何准确地探明煤层中的各种地质构造异常体的类型和事故隐患乃当务之急。本申请主要研究在煤层厚度变化条件下，应用槽波在煤层中传播特性，对断裂构造、采空区的有效探测，煤层中构造探查实验示范、数据采集、数据处理与反演、确定煤层厚度和构造含水性，进而进行解释和数值模拟，以达查明采煤工作面内断裂构造、采空区位置及其含水性；进行安全评估和采后准确率验证.为此要解决如下关键问题：提高槽波数据采集信噪比；提高煤层厚度剧变和厚煤层情况下频散特征的识别；提高勒夫波成像分辨率、精度和解释的可靠性；提取直达P波可能包含的地质信息.其创新点：1）论证基于煤层厚度变化条件下断裂构造的存在、提高采空区位置与含水性的探测方法与可行性；2）地震槽波成像方法和综合对比研究。

煤炭在我国能源配置中占有重要的地位，而在当今煤矿井下开采中，煤层厚度变化、小幅度断层、采空区等灾害事件频频发生，并造成严重的人员伤亡和财产的重大损失。为此，探查、分辨和预测煤炭开采过程中可能发生的灾害事件具有极为重要的理论意义和应用价值。然而，至今尚无行之有效的地球物理方法能够广为应用。在多元合作下，以河南义马煤矿为主要试验场，首次进行了较系统且具有一定规模的槽波实验、观测和反演的示范性研究与探索，并取得了一系列创新性成果。.1..主要研究内容.（1）.复杂煤层中地震槽波观测系统约束设计和井下高精度观测、高分辨率数据采集与数据体的形成。.（2）.数据处理、反演、成像方法与煤层中灾害体的探查、分辨与刻画。.（3）.数值模拟、物理模拟和应用软件的编制。.2..主要成果.（1）.厘定煤层中槽波波场特征和各类波的传播规律，并取得了大量有效信息。.（2）.在煤矿井下采据停生产条件下进行了50多次的槽波实验、观测，并对煤层厚度变化、小幅度断层与破碎带、采空区等多发灾害事件进行了深入研究，取得了规律性的认识和成效。此外，还对冲击地区、瓦斯富集、突水等进行了探索，亦取得了一定进展。.（3）.进行了数值模拟和物理模拟及相应软件的编制。.3..科学意义.（1）.厘定了地震槽波对煤层中灾害体的探查效应，开创了利用地震槽波研究煤层中灾害事件的示范研究，其验证的准确率可高达80-90%。.（2）.初步建立了地震槽波波场分辨与预测的基本模型，并可推广应用。.（3）.起到了煤矿井下安全生产和对灾害事件的防范与指导作用，提高了产能；义马矿区的经济效应提高至1.6亿/年；并为新安煤矿创造经济价值3亿元。