矿山微地震四线交错观测系统与面波速度成像

李晓斌^1,2，杨振威²，云美厚²，杨双安^1,2

1. 中原经济区煤层(页岩)气河南省协同创新中心2. 河南理工大学资源环境学院

摘 要：矿山动力灾害微地震监测中,矿山采掘活动及周围机械振动亦是重要震源,地震波在传播过程,面波能量强、信号容易获得,同样携带有大量地层信息,由于矿井微地震事件和采掘活动具有时间和空间随机性特点,空间自相关法适用于从复杂的环境噪声中提取面波信息。基于空间自相关理论基础,设计了针对矿井监测环境的四线交错网格微地震监测台阵观测系统,通过从观测数据中提取圆形观测数据集、窄带滤波、计算空间自相关系数、拟合面波频散曲线等处理过程,构建观测煤层面波速度结构反演成像的方法;在理论分析基础上,在义马集团所属矿山的微地震事件、采掘活动和环境噪声等杂散信号中采集数据,抽取圆形观测道集,将各数据段通过中心频率不同的窄带滤波处理,分别提取各个频率成分,并对各个频率成分计算中心测点与圆周上各点之间的空间自相关系数,通过计算空间自相关函数及其Bessel函数等步骤拟合出相速度频散曲线。试验分析表明,矿山微地震四线交错网格通过实时记录强噪声干扰环境下矿山岩层断裂产生的微震波和采掘活动产生的环境噪声,提取有效信息反演微地震传播过程中携带的围岩速度地球物理特性等,面波速度成像与煤层厚度分布具有良好的一致性,能够较好地反映工作面地速度结构。由于面波不受高速层屏蔽作用的影响,对煤层等低速层有较强的分辨能力,能够查明煤层破碎带、采空区、陷落柱等低速层,并圈定速度异常体的边界,对保障发生矿山安全生产具有重要意义。

关键词：面波成像;微地震监测;矿山环境噪声;观测系统;空间自相关;