【摘 要】
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回采工作面所在煤层群的上部采空区直接影响煤层安全开采。矿井地球物理方法因为距离目标体近、干扰因素较少及有效信号强等优势满足实际探测需求,透射地震勘探方法是解决上部采空区探测的可行手段,其前提是阐明煤层群上部采空区透射地震波场特征,查明地震波在煤层上部采空区传播及转化机制。针对回采工作面所在煤层群上部采空区透射地震波场特征,基于粘弹性波动方程模拟研究了不同尺寸、空隙率及垮落状态采空区的地震波传播及波
【基金项目】
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煤巷前方煤层断点绕射波特征及其在极小偏移孔径下的成像方法研究.国家自然科学基金青年项目,编号:41604082； 国家自然科学基金项目（No:41974149）； 深部开采与巷道围岩结构稳定控制信息化基础理论.国家自然科学基金重点项目子课题,编号:51734009；
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回采工作面所在煤层群的上部采空区直接影响煤层安全开采。矿井地球物理方法因为距离目标体近、干扰因素较少及有效信号强等优势满足实际探测需求,透射地震勘探方法是解决上部采空区探测的可行手段,其前提是阐明煤层群上部采空区透射地震波场特征,查明地震波在煤层上部采空区传播及转化机制。针对回采工作面所在煤层群上部采空区透射地震波场特征,基于粘弹性波动方程模拟研究了不同尺寸、空隙率及垮落状态采空区的地震波传播及波形转换规律,对比分析了不同模型的运动学、动力学差异响应,开展了现场试验并使用埃里相槽波衰减成像方法对采空区进行了有效探测,具体研究结果如下:（1）地震波穿过采空区时P波响应较小,S波发生反射、绕射且同相轴拓宽;槽波信号通过不垮落采空区时振幅变化较小,但其波组受S波绕射影响变杂乱,通过存在垮落带的采空区时会出现振幅能量减弱、频率改变,透过采空区后重新干涉,槽波可以恢复部分能量但信号辨识度降低。（2）采空区空隙率的变化对地震波场发育与传播影响较小,仅表现为随着空隙率增大振幅曲线变化响应出现延迟,空隙率越低地震波对采空区尺寸的响应越好。不同模型中,30m尺寸采空区槽波能量和频率均直接下降;120m采空区近源边界位置槽波能量会明显减弱且频率下降,通过采空区后能量部分恢复但频率基本保持不变;220m采空区近源位置槽波响应基本与120m一致,但在采空区内部多类型地震波干涉,槽波重新增强且频率升高。（3）基于三维数值模拟X分量槽波能量虽然整体弱于Y分量与Z分量,Y、Z分量振幅变化大,但是对采空区的响应主要体现在靠近震源一侧的边界,远源处边界反应较差,X分量对采空区边界位置的敏感度较高;基于频散分析的工作面透射波X分量槽波埃里相振幅衰减反演结果对煤层群上部煤层采空区的表征效果在三个分量中最佳,可以作为实际勘探中的数据采集分量。（4）现场实测的数据在采空区与非采空区位置激发地震波能量具有明显的振幅差异,振幅值最大可差100倍,且槽波能量反演结果解释的异常与矿方后期钻探结果吻合,说明下层煤工作面的X分量接收槽波信号的衰减可以较好地反应煤层群上部采空区的发育情况,可为工作面上部采空区的探测提供依据。该论文有图64幅,表4个,参考文献128篇。
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