技术领域
[0001] 本申请涉及煤矿冲击地压监测领域，尤其涉及一种煤矿全尺度断层探测方法及系统。
相关背景技术
[0002] 煤矿进入深部开采后，易发生冲击地压灾害。国内外大量工程实践表明，冲击地压与断层密切相关，一方面断层所在区域应力条件复杂，静载荷效应显著；另一方面，开采使得岩体沿着断层的断裂面薄弱部位变形、扩展、滑移、错动，非线性和不连续性滑动释放大量能量，动载荷效应明显。在动载荷和静载荷的耦合作用下，工作面极易发生冲击地压灾害。对于煤层至地表范围内不同产状、不同几何要素等不同发育形态的断层，其岩体岩弱面错动形式具有一定的差别，导致其对煤体应力环境的影响各不相同，如围岩应力场时空演化规律不同，动载产生位置和时间不同，不同应力环境同样决定了煤岩体卸压位置及卸压方式的不同。
[0003] 现有技术针对断层形态的探测，传统区域大尺度和局部小尺度主要分别依赖地震勘探和井间地震，如区域主动源反射/折射地震勘探和局部层析成像可得到比较精细的界面分布和波速结构，但其仍存在以下问题：(1)传统的区域断层结构探测使用地震检波器探测，地震检波器的灵敏度低、稳定性及重复性差；(2)探测结果只是一个点或线上的，无法刻画被测区域连续的精细三维结构；(3)当前尺度单一的探测结果导致断层形态的准确度不足。因此亟需提出一种可以准确确定煤矿上覆断层的发育特征的方案，为防治冲击地压提供依据。
具体实施方式
[0053] 下面详细描述本申请的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本申请，而不能理解为对本申请的限制。
[0054] 本申请提出的一种煤矿全尺度断层探测方法及系统，其中所述方法包括：获取待探测区域内的震动波数据，并根据所述震动波数据确定所述待探测区域的各断层第一分布数据；基于所述各断层第一分布数据确定各断层对应的地表钻孔；在所述各断层对应的地表钻孔内放置地震仪传感器和第二震源生成物，激发第二震源生成物生成震源，并利用所述地震仪传感器接收震动信号；对所述震动信号进行层析成像处理得到所述待探测区域的各断层第二分布数据；根据所述各断层第一分布数据和所述各断层第二分布数据确定所述各断层的位置信息。本申请提出的技术方案，可准确的确定出煤矿各断层的位置信息，进而可明确煤矿全尺度断层发育状态，为煤岩体卸压防治冲击地压提供依据。
[0055] 下面参考附图描述本申请实施例的一种煤矿全尺度断层探测方法及系统。
[0056] 实施例一
[0057] 图1为根据本申请一个实施例提供的一种煤矿全尺度断层探测方法的流程图，如图1所示，所述方法包括：
[0058] 步骤1：获取待探测区域内的震动波数据，并根据所述震动波数据确定所述待探测区域的各断层第一分布数据。
[0059] 在本公开实施例中，所述获取待探测区域内的震动波数据，包括：
[0060] 在待探测区域内布设第一震源生成物和震动波接收设备，激发第一震源生成物生成震源，并利用所述震动波接收设备接收震动波数据；
[0061] 其中，所述第一震源生成物及所述震动波接收设备均为多个；
[0062] 所述多个第一震源生成物按照预设的距离布设在所述待探测区域内的巷道钻孔中，所述多个震动波接收设备按照预设的距离布设在所述待探测区域内的地表钻孔中，或所述多个第一震源生成物按照预设的距离布设在所述待探测区域内的钻孔中，所述多个震动波接收设备按照预设的距离布设在所述待探测区域内的钻孔中。
[0063] 需要说明的是，所述待探测区域最小为单一工作面，范围最大为整个煤矿；当煤矿完成采区(盘区)大巷、上下山、首采工作面回风巷和运输巷的掘进后，即可展开探测。
[0064] 使用两种方式激发震源和接收震动波，一种为在煤矿井下巷道中布设第一震源生成物激发震源，在地表布置震动波接收设备接收震动波，另一种为在地表布设第一震源生成物激发震源，在煤矿井下巷道中布置第一震源生成物接收震动波。第一震源生成物有炸药、起爆设备，激发震源的方式有：包括炸药放炮、人工气爆，均布置在地表钻孔或井下钻孔中，钻孔深度5‑30m。震动波接收设备有：短周期密集台阵、微震检波器，均布置在地表或井下巷道帮部。
[0065] 井下和地表的探测覆盖范围中，应在现有条件下，尽可能增大探测范围，且至少应有一个探测覆盖范围等于或超过探测区域。在探测区域内，激发震源(炸药放炮震源和人工气爆震源)和接收震源装置(短周期密集台阵和微震检波器)均以阵列的方式交错布置，同类型的激发震源和接收震源装置间距为5～100m，探测范围为单一工作面时，取下限5m，探测范围为整个煤矿时，取上限100m，布置方式如图2和图3所示。
[0066] 需要说明的是，所述根据所述震动波数据确定所述待探测区域的各断层第一分布数据，包括：
[0067] 通过地震数据处理软件，生成探测区域的直达波深度域成像剖面，进一步通过直达波深度域成像剖面，分析井下至地表的断层的分布情况。区域直达波深度域成像剖面示意如图4所示。
[0068] 需要说明的是，步骤1为煤矿区域大尺度断层地球物理探测。
[0069] 步骤2：基于所述各断层第一分布数据确定各断层对应的地表钻孔。
[0070] 在本公开实施中，所述步骤2具体包括：
[0071] 获取各断层第一分布数据中的断层起点坐标和断层终点坐标，并根据各断层第一分布数据中的断层起点坐标和断层终点坐标确定各断层的长度；
[0072] 将各断层的长度作为其对应的两地表钻孔的间距，并设置两地表钻孔的孔底距离断层中点的距离为所述断层长度的二分之一。
[0073] 需要说明的是，在地表施工两钻孔，两钻孔即两地表钻孔之间的间距设置为L，且两钻孔在水平方向上与断层起点和断层终点的外扩长度相同；两钻孔孔底距离断层终点均为L/2。地表钻孔与断层相对位置关系如图5所示。
[0074] 步骤3：在所述各断层对应的地表钻孔内放置地震仪传感器和第二震源生成物，激发第二震源生成物生成震源，并利用所述地震仪传感器接收震动信号。
[0075] 在本公开实施例中，所述步骤3具体包括：
[0076] 在所述各断层对应的第一个地表钻孔内放置多个地震仪传感器，另一个地表钻孔内放置多个第二震源生成物，并由下向上对多个第二震源生成物进行编号；
[0077] 基于所述编号，从小到大依次激发所述多个第二震源生成物，并利用所述多个地震仪传感器同时接收震动信号。
[0078] 需要说明的是，所述地表钻孔内放置的地震仪传感器的个数大于等于10；
[0079] 所述地表钻孔内放置的第二震源生成物的个数大于等于10；
[0080] 所述地表钻孔内两地震仪传感器间的间距、两第二震源生成物间的间距均为0.5‑10m。
[0081] 需要说明的是，如图6所示，两地表钻孔，在其中一个钻孔(激发钻孔)使用炸药或者电火花激发震源，另一个钻孔(接收钻孔)布置地震仪传感器采集数据，钻孔中的震源的间距和地震仪传感器间距均为d＝0.5‑10m。
[0082] 传感器和震源均从孔底开始为第一个，依次向上布置，编号为1、2、3、…、n。在激发钻孔中，率先激发孔内最下方的1号震源，使所有地震仪传感器同时接收震动信号；随后激发钻孔中上移至下一震源激发，每次激发后使所有地震仪传感器同时接收震动信号。
[0083] 其中，两钻孔内分别至少布置10个震源和10个传感器，若所需传感器数量较多(每套地震仪通常包含24个传感器)，超过地震仪传感器数量上限，则所有传感器(24个)率先布置在钻孔下部，从1#震源开始，对24#传感器所在高度以下的震源逐一激发；随后将24个传感器上移并覆盖接收钻孔剩余长度，对剩余震源从下至上逐一激发。
[0084] 步骤4：对所述震动信号进行层析成像处理得到所述待探测区域的各断层第二分布数据。
[0085] 需要说明的是，通过地震数据处理软件，对数据进行层析成像处理，对两钻孔之间所有区域成像，通过生成的层析成像结果分析的断层位置如图7所示。
[0086] 需要说明的是，步骤2、步骤3、步骤4为煤矿局部小尺度断层孔间地震探测。
[0087] 步骤5：根据所述各断层第一分布数据和所述各断层第二分布数据确定所述各断层的位置信息。
[0088] 在本公开实施例中，所述步骤5具体包括：
[0089] 获取各断层第一分布数据中的各断层起点坐标和终点坐标、各断层第二分布数据中的各断层起点坐标和终点坐标；
[0090] 根据所述第一分布数据中的各断层起点坐标和所述第二分布数据中的各断层起点坐标确定各断层起点的中点坐标；
[0091] 根据所述第一分布数据中的各断层终点坐标和所述第二分布数据中的各断层终点坐标确定各断层终点的中点坐标；
[0092] 将所述各断层起点的中点坐标作为各断层优化后的起点坐标，将所述各断层终点的中点坐标作为各断层优化后的终点坐标。
[0093] 需要说明的是，分别提取各断层第一分布数据和各断层第二分布数据中的各断层的起点坐标：(X1,Y1,Z1)和(X2,Y2,Z2)，各断层的终点坐标(x1,y1,z1)和(x2,y2,z2)，取两起点的中点和两终点的中点，作为最终断层结果的起点和终点，最终断层的起点和终点坐标为：和
[0094] 需要说明的是，步骤5为煤矿全尺度断层发育特征判别。
[0095] 综上所述，本实施例提出的一种煤矿全尺度断层探测方法，步骤简洁合理，结果清晰可靠，可准确的确定出煤矿各断层的位置信息，进而可明确煤矿全尺度断层发育状态，为煤岩体卸压防治冲击地压提供依据。
[0096] 实施例二
[0097] 图8为根据本申请一个实施例提供的一种煤矿全尺度断层探测系统的结构图，如图8所示，所述系统包括：
[0098] 获取模块100，用于获取待探测区域内的震动波数据，并根据所述震动波数据确定所述待探测区域的各断层第一分布数据；
[0099] 第一确定模块200，用于基于所述各断层第一分布数据确定各断层对应的地表钻孔；
[0100] 生成模块300，用于在所述各断层对应的地表钻孔内放置地震仪传感器和第二震源生成物，激发第二震源生成物生成震源，并利用所述地震仪传感器接收震动信号；
[0101] 处理模块400，用于对所述震动信号进行层析成像处理得到所述待探测区域的各断层第二分布数据；
[0102] 第二确定模块500，用于根据所述各断层第一分布数据和所述各断层第二分布数据确定所述各断层的位置信息。
[0103] 在本公开实施例中，所述获取模块100还用于：
[0104] 在待探测区域内布设第一震源生成物和震动波接收设备，激发第一震源生成物生成震源，并利用所述震动波接收设备接收震动波数据；
[0105] 其中，所述第一震源生成物及所述震动波接收设备均为多个；
[0106] 所述多个第一震源生成物按照预设的距离布设在所述待探测区域内的巷道钻孔中，所述多个震动波接收设备按照预设的距离布设在所述待探测区域内的地表钻孔中，或所述多个第一震源生成物按照预设的距离布设在所述待探测区域内的钻孔中，所述多个震动波接收设备按照预设的距离布设在所述待探测区域内的钻孔中。
[0107] 在本公开实施例中，所述第一确定模块200具体用于：
[0108] 获取各断层第一分布数据中的断层起点坐标和断层终点坐标，并根据各断层第一分布数据中的断层起点坐标和断层终点坐标确定各断层的长度；
[0109] 将各断层的长度作为其对应的两地表钻孔的间距，并设置两地表钻孔的孔底距离断层中点的距离为所述断层长度的二分之一。
[0110] 在本公开实施例中，所述生成模块300具体用于：
[0111] 在所述各断层对应的第一个地表钻孔内放置多个地震仪传感器，另一个地表钻孔内放置多个第二震源生成物，并由下向上对多个第二震源生成物进行编号；
[0112] 基于所述编号，从小到大依次激发所述多个第二震源生成物，并利用所述多个地震仪传感器同时接收震动信号。
[0113] 其中，所述地表钻孔内放置的地震仪传感器的个数大于等于10；
[0114] 所述地表钻孔内放置的第二震源生成物的个数大于等于10；
[0115] 所述地表钻孔内两地震仪传感器间的间距、两第二震源生成物间的间距均为0.5‑10m。
[0116] 在本公开实施例中，所述第二确定模块500具体用于：
[0117] 获取各断层第一分布数据中的各断层起点坐标和终点坐标、各断层第二分布数据中的各断层起点坐标和终点坐标；
[0118] 根据所述第一分布数据中的各断层起点坐标和所述第二分布数据中的各断层起点坐标确定各断层起点的中点坐标；
[0119] 根据所述第一分布数据中的各断层终点坐标和所述第二分布数据中的各断层终点坐标确定各断层终点的中点坐标；
[0120] 将所述各断层起点的中点坐标作为各断层优化后的起点坐标，将所述各断层终点的中点坐标作为各断层优化后的终点坐标。
[0121] 综上所述，本实施例提出的一种煤矿全尺度断层探测系统，可准确的确定出煤矿各断层的位置信息，进而可明确煤矿全尺度断层发育状态，为煤岩体卸压防治冲击地压提供依据。
[0122] 实施例三
[0123] 为了实现上述实施例，本公开还提出一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时，实现如实施例一所述的方法。
[0124] 实施例四
[0125] 为了实现上述实施例，本公开还提出一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如实施例一所述的方法。
[0126] 在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本申请的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0127] 流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更多个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本申请的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本申请的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
[0128] 尽管上面已经示出和描述了本申请的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本申请的限制，本领域的普通技术人员在本申请的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
