瑞利波物探仪在煤矿防治水中的应用

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1、瑞利波物探仪在煤矿防治水中的应用龙山煤矿二〇一〇年十月二十四日前言当前，煤矿防治水工作已成为影响煤矿安全生产的重要工作，作为一种新地球物理探测方法之一的瑞利波探测仪，在矿井建设、生产中扮演着越来越重要的作用。瑞利波探测仪在探测老空、老窑、含隔水层及层的厚度和掘进巷道前方地质构造、断层防水煤柱宽度、断层落差及延伸方向、陷落柱等方面良好的效果，使地质预测预报工作由定性上升到定量，资料更加准确及时，能更好地为煤矿安全生产服务。瑞利波物探仪在煤矿防治水中的应用韩增辉杨小永代琦周全涛一、瑞利波探测概括瑞利波探测法是近年来地球物理勘探的新技术，新工艺，它是通过采集

2、人工地震波所携带的地下信息来分析地层结构，目前有两种方法，一种是面波变频探测法，亦称稳态法，这种方法由于激振器较笨重，在某些工程场地使用困难，特别是煤矿井下无法采用。另一种方法是面波频谱分析法，也叫做瞬态法，它是有震源产生一定带宽的脉冲，通过测线上相距震源不同距离的多个接受传感器，把信号采集到瑞利波仪的记录中，利用FFT和频谱分析技术，通过相干函数的互动率谱相位展开谱，从而得到两个纪录信号在不同频率下瑞利波在传播过程中由于时滞而产生的相位差，根据多路不同频率信号的相位差就可计算出传播时间和速度。由已知多个接受传感器的安装距离，便可求的不同频率瑞利波的相

3、速度，同时得到该测点的频散曲线。由于瞬态法在理论上考虑了层状介质中瑞利波的转播理论，其探测精度高于稳态法。二、瑞利波探测技术瑞利波探测技术是利用弹性波中的面波在介质中传播特征来探测前方地质构造的物探手段。仪器体积小,操作简单,探测速度快,效率高,有配套解释软件,探测效果好。但该仪器在软层中的探测距离较短。在不同介质中,瑞利波按不同的速度传播,这是瑞利波所具有的频散特征。瑞利波传播速度VR=△X/△T。式中△X为两检波器之间的距离;△T为两检波器的时差。波速与波长的关系为:λR=VR/f通过计算机处理,求得不同频率的波长和波速。频率、速度和深度之间的关系

4、曲线称之为分散曲线。实践证明:瑞利波在传播过程中遇到断层破碎带,裂隙带或老塘等地质体时就会出现频散现象,速度突然变小,在分散曲线上出现突变。用这些突变点绘出分层曲线,再结合现场地质情况,就可作出符合客观实际的地质解释。该仪器可探测煤矿井下前方、巷道两帮和顶底板30m内的断层、陷落柱、溶洞、老窑等含、导水构造以及隔水层厚度。三、瑞利波探测技术特点1.分辨率高。瑞利波勘探中，通过控制和改变振动的频率，可以到很高的勘探分辨率。2.不受各层介质速度关系的影响。在瑞利波勘探中，被勘探的地层中，可以有速度倒转的现象，即在高速层中可以夹低速层，在折射法中可能由于屏蔽

5、效应观测不到厚层高速层下许多速度较低的层。而反射法则要求各层具有较大的波阻抗差异，而瑞利波法层与层之间只要具有较小的波速差异，即可进行勘探。基本不受测量场地周围金属物体以及电磁干扰的影响。这在煤矿井下勘探中是十分有利的。3.效率高。特别是瞬态法测量一点只需10min左右，现场就可以得到勘探结果。四、瑞利波探测施工方法瑞利波探测现场观测系统布置，根据探测地点条件的不同提供三种施工方式，标准瑞利波观测系统主要是应用于煤矿进行巷道顶底板、侧帮探测，一次探测的观测系统需要有大于6米的距离。观测系统中7个点（震源点以及6个接收点）其间距均为100cm。相比起来，

6、在掘进巷道迎头进行瑞利波探测更加困难，其主要原因在于迎头的截面直径往往在3米左右，而常规的六道探测一个观测系统需要6米的宽度，因此，在迎头进行瑞利波超前探测有着自身的特殊性。经过大量的试验、对比，设计了适于迎头瞬态瑞利波探测的两种观测系统称作“超前观测系统”。第一种超前观测系统适用于截面直径大于3米工作。一个观测系统的长度需要3.5米左右。它是6个检波器均匀排列，根据工作面的情况，一般说来，道间距不小于50cm。（道间距过小，道间距就没有了相位差）。震源与第一道检波器之间的距离应保持在1米左右，以确保能接收到做够的低频成分。第二种超前观测系统适用于截面

7、直径小于3米的工作面。一个观测系统的长度需要2.8米。它的6个检波器呈不均匀排列。震源和第1个接收点之间的间距还是1米，第3和第4个接收点之间的间距也是1米，而第1道和第2道、第2道和第3道之间的距离为20cm。第4道和第5道、第5道和第6道之间的距离为20cm。经过多次井下试验，证明这两种超前观测系统式非常实用和有效。五、瑞利波探测仪在煤矿防治水应用多年煤矿防治水工作的实践表明，地下水补给源、导水通道和隔水层稳定性及其厚度大小是制约矿井突水的主要因素。因此，调查底板岩溶发育情况、含、隔水层划分、探测断层及裂隙发育带等垂直导水通道成为矿井物理勘探的主要

8、地质任务，而瑞利波最为新地球物探勘探方法的成熟应用解决了这一难题，瑞利波探测仪能准确的探测矿井