一種深部煤層探測系統及控制方法技術方案

一種深部煤層探測系統及控制方法，系統：包括煤層鉆孔中的探測傳感器A、地面上的地震震源B、信號傳輸設備和中央處理器；方法：在煤層鉆孔完成目標后的封孔過程中于煤層頂板中、煤層中和煤層底板中依次埋設探測傳感器A；布置地震震源B；依次激發每個震源安裝點中的地震震源B，通過中央處理器核實所有探測傳感器A均能獲取地震波信號；激發地震震源B，通過中央數據采集器實時記錄控制傳感器A所采集的數據；方法包括，建立與煤層傳感器采集數據的速度模型分析；三維圖像成像技術。本系統和方法有助于準確地探測深部煤層的空間結構及地質異常結構，可以有效保證礦山按計劃投產運行。

【技術實現步驟摘要】
一種深部煤層探測系統及控制方法
本專利技術屬于礦山勘探
，具體涉及一種深部煤層探測系統及控制方法。
技術介紹
煤層的結構和空間分布是礦山建設的主要依據，但目前的勘探手段效果有限，其對多煤層礦山的深部煤層的結構和空間的探測往往不能滿足設計及建設的要求，這容易在礦山實際建設過程中導致設計中途的修改，甚至會引發礦山的改建，導致礦山的延期投產，進而會造成大量的時間和財產損失，這種現象在大多數開采礦山過程中均有發生，所不同的只是設計改動的多少，改建影響大小的問題。另外，地質異常體空間分布不但直接影響到礦山的設計和建設，最重要的是會影響煤礦的安全開采，由于在開采過程中由于對煤層結構及分布的不能控制，錯誤判斷地質異常的位置，經常會引起各種安全災害的發生，也會造成生命和財產的嚴重損失。目前煤層的結構和地質異常體的確定主要有兩種方法：鉆探的方法和地球物理勘探的方法。鉆探的方法就是使用鉆孔的方法直接確定和測量煤層的深度、厚度和結構，位于相鄰鉆孔1之間的煤層結構和分布依靠鉆孔獲得的數據進行估算，如圖1所示。因此，鉆探方法的精度與鉆孔1的密度有著非常重要的關系，勘探區內鉆孔1設置的越多探測的精度越高，但是鉆探高昂的費用和時間限制了鉆孔1的使用數量，同時，提供鉆探點的煤層深度越深、結構越復雜費用就越高。特別地，對于一些鉆孔1之間的局部結構，鉆探方法無法的有效探知。地球物理勘探方法，如三維地震勘探方法用來探測鉆探方法無法感知的鉆孔之間煤層、結構及地質異常體的分布。三維地震勘探方法通過煤層對地震波的反射時間和特征來計算煤層的空間分布，其精度由地面的地震震源A2和探測傳感器C3的密度來決定，三維地震勘探方法是目前最好的探測鉆孔之間煤層空間分布和結構變化的技術手段，如圖2所示。在目前的三維地震勘探方法中，主要是通過地面的地震震源A2發射地震波，再通過設置在地面上的若干探測傳感器C3來接收經煤層反射后地震波的方式來計算煤層的空間分布，并通過地震波傳播和衰減特征來對煤層的結構空間分布進行深入分析的。而因為煤層在反射地震波同時，也在大量消耗和吸收地震波的能量，煤層越厚，消耗的能量越大；這種消耗和吸收不但在地震波下行時發生，在上行反射回地面時同樣會發生，進而會大大降低反射信號的有效性和可靠性。除了能量因素以外，煤層間的傳播路徑的復雜性也會疊加微弱的地震有效信號，增加了計算和解析的困難，降低了三維地震勘探方法在多煤層地區深部煤層探測過程中的可靠性。如圖2所示，位于上部煤層4和深部煤層5之間煤層會存在層間反射信號6，層間反射信號6就是一種干擾信號，其與下覆煤層的有效反射信號疊加后，降低了三維地震勘探方法中反射波法對深部煤層探測的可靠性。同時，在深部煤層5中的透深部煤層透射信號12和深部煤層反射信號13都呈指數衰減，上覆煤層越厚，層數越多，信號越弱。在我國華北南部煤田，如安徽河南等地，可開采煤層達數十層，同時，最上層的煤層較厚，受到目前的勘探方法的限制，對深部煤層的探測精度一直無法滿足礦山建設的要求。由于不能精確探測深部煤層及地質異常體的空間分布，時而會導致重大災害發生。因此，一種能在勘探階段或礦山早期建設時期就能精準確定煤層的結構、地質異常情況及煤層空間分布的機構和方法，是大幅提高經濟效益、保證礦山按計劃投產運行的重要保障。
技術實現思路
針對上述現有技術存在的問題，本專利技術提供一種深部煤層探測系統及控制方法，該系統結構簡單，投入成本低，可以有助于準確地探測深部煤層的空間結構及地質異常結構，可以有效保證礦山按計劃投產運行；該方法能結合三維地震勘探方法和鉆探方法的特點，將鉆探方法和三維地震勘探方法從設計、時間和空間整合在一體，能為礦山深部煤層開采提供可靠的資料，可有效防止深部開采過程中重大災害的發生。本專利技術提供一種深部煤層探測系統，包括在勘探區中鉆取的多個鉆孔、探測傳感器A、地震震源B和中央處理器；每個鉆孔中填滿有封孔介質，且于主要探測煤層位置埋設有探測傳感器A；所述探測傳感器A上連接的傳輸信號電纜穿過封孔介質延伸到地表；所述地震震源B按探測精度和區域確定位置布置在勘探區中的地表面；所述中央處理器通過信號傳輸設備分別與各個探測傳感器A的傳輸信號電纜連接。在該技術方案中，通過使鉆孔中埋設探測傳感器A，可以方便地采集地震直達波和下覆煤層的反射波，同時，其采集的地震反射波信號衰減少，受干擾少，計算的煤層空間分布比目前其它的方法更豐富更精準，它既可以利用地震直達波來確定煤層頂板的結構，也可確定下覆煤層的空間分布情況。埋設在鉆孔中的探測傳感器A作為長效探測傳感器A，解決了多煤層深部煤層的勘探和地質異常體的確定問題，有效地解決了深部煤層的空間分布及地質異常體的探測技術難題。進一步，為了能通過所采集的波信號來確定煤層本身的結構變化及空間演化情況、確定煤層與地面之間或上覆煤層之間的隱覆地質結構，所述主要探測煤層位置至少包括煤層頂板所在位置、煤層所在位置和煤層底板所在位置。進一步，為了獲得頂部煤層的數據，還包括安裝在勘探區地表面上的多個探測傳感器B，多個探測傳感器B按探測精度和區域確定位置布置在勘探區中的地表面，且均通過信號傳輸設備與中央數據采集器連接。作為一種優選，所述中央處理器為帶有信號采集器和數模轉換設備的工業計算機。本專利技術還提供了一種深部煤層探測方法，包括以下步驟：步驟一：通過煤層鉆孔的方式確定探測煤層；在勘探區中，按照鉆探勘探規程，確定深部主要煤層；步驟二：埋設探測傳感器；對每個鉆孔進行封孔作業，并在封孔過程中，從最深煤層開始依次在主要探測煤層增加安裝探測傳感器A，同時，使探測傳感器A上連接的信號傳輸電纜穿出到地表，再在鉆孔的上端進行封堵處理；通過信號傳輸設備建立中央處理器與各個探測傳感器A的傳輸信號電纜的連接；其中，主要探測煤層位置至少包括煤層頂板所在位置、煤層所在位置和煤層底板所在位置；步驟三：布置地震震源；根據勘探的階段和需求，在勘探區中按探測精度和區域確定位置布置三維地震勘探系統或布置地震震源網絡；步驟四：地震震源測試；依次激發每個震源安裝點中的地震震源B，通過中央處理器及信號采集器核實所有探測傳感器A均能獲取地震波信號；步驟五：采集地震波信號；激發地震震源B，通過中央采集器實時記錄探測傳感器A所采集的數據，并保證地震震源B與探測傳感器A所采集數據的時間同步；步驟六：建立速度模型；通過中央處理器，以地震直達波數據為依據，利用全波和地震波成像的方法，對地震震源B和探測傳感器A之間地質異常體和煤層空間進行計算分析，并得出精確的速度模型，計算分析過程從淺步煤層向深部煤層依序進行；步驟七：三維成像；根據速度模型及反射波的數據，計算并得到下覆煤層的空間分布和地質異常體的空間分布三維圖像。進一步，為了方便獲得頂部煤層的相關數據，在步驟二中，，還可以在勘探區的地表面安裝與中央處理器及采集器連接的多個探測傳感器B。作為一種優選，在步驟三中，地震震源B的間隔與探測煤層的深度、多煤層本文檔來自技高網...

【技術保護點】
1.一種深部煤層探測系統，包括包括在勘探區中鉆取的多個鉆孔(1)；/n其特征在于，還包括探測傳感器A(7)、地震震源B(8)和中央處理器；/n每個鉆孔(1)中填滿有封孔介質，且于主要探測煤層位置埋設有探測傳感器A(7)；所述探測傳感器A(7)上連接的傳輸信號電纜穿過封孔介質延伸到地表；/n所述地震震源B(8)按探測精度和區域確定位置布置在勘探區中的地表面；/n所述中央處理器通過信號傳輸設備分別與各個探測傳感器A(7)的傳輸信號電纜連接。/n

【技術特征摘要】
1.一種深部煤層探測系統，包括包括在勘探區中鉆取的多個鉆孔(1)；
其特征在于，還包括探測傳感器A(7)、地震震源B(8)和中央處理器；
每個鉆孔(1)中填滿有封孔介質，且于主要探測煤層位置埋設有探測傳感器A(7)；所述探測傳感器A(7)上連接的傳輸信號電纜穿過封孔介質延伸到地表；
所述地震震源B(8)按探測精度和區域確定位置布置在勘探區中的地表面；
所述中央處理器通過信號傳輸設備分別與各個探測傳感器A(7)的傳輸信號電纜連接。


2.根據權利要求1所述的一種深部煤層探測系統，其特征在于，所述主要探測煤層位置至少包括煤層頂板所在位置、煤層所在位置和煤層底板所在位置。


3.根據權利要求1或2所述的一種深部煤層探測系統，其特征在于，還包括安裝在勘探區地表面上的多個探測傳感器B，多個探測傳感器B按探測精度和區域確定位置布置在勘探區中的地表面，且均通過信號傳輸設備與中央數據采集器連接。


4.根據權利要求3所述的一種深部煤層探測系統，其特征在于，所述中央處理器為帶有信號采集器和數模轉換設備的工業計算機。


5.一種深部煤層探測方法，其特征在于，包括以下步驟：
步驟一：通過煤層鉆孔的方式確定探測煤層；
在勘探區中，按照鉆探勘探規程，確定深部主要煤層；
步驟二：埋設探測傳感器；
對每個鉆孔(1)進行封孔作業，并在封孔過程中，從最深煤層開始依次在主要探測煤層增加安裝探測傳感器A(7)，同時，使探測傳感器A(7)上連接的信號傳輸電纜穿出到地表，再在鉆孔(1)的上端進行封堵處理；通過信號傳輸設備建立中央處理器與各個探測傳感器A(7)的傳輸信號電纜的連接；其中，主要探測煤層位置至少包括煤層頂板所在位置、煤層所在位置和煤層底板所在...

【專利技術屬性】
技術研發人員：楊本才，
申請(專利權)人：徐州恒佳機械科技有限公司，
類型：發明
國別省市：江蘇;32