黏弹介质槽波超前探测数值模拟与波场分析

目前常用槽波超前探测掘进工作面前方隐伏断层,而实际煤层具有黏弹性,对槽波有吸收衰减作用。为研究黏弹煤层介质中槽波超前探测的波场特征和传播规律,基于Kelvin-Voigt一阶速度−应力方程,建立了三维含断层煤系地质模型,进行了三维有限差分数值模拟。结果表明:黏弹介质中反射槽波能量衰减大,其传播与衰减特征比完全弹性介质更符合实际煤层反射槽波传播特征。煤层Q值越大槽波超前探测效果越好,煤层Q值过小时,槽波超前探测效果差,可利用x分量的反射横波与z分量的P-S波超前探测。断层落差小于煤厚时,y和z分量的槽波超前探测效果都较好;落差大于煤厚时,可利用y分量进行槽波超前探测。断层夹角大于60°时,可利用y和z分量进行槽波超前探测;夹角小于60°时,可利用x和y分量进行槽波超前探测。研究结果可为煤矿槽波超前探测提供理论支持。

黏弹介质槽波超前探测陷落柱三维数值模拟

工作面前方隐伏陷落柱的存在常引发突水等安全事故,给煤矿安全生产与经济收益造成影响。实际地下煤层具有黏弹特性,会使地震波能量产生衰减。为研究实际煤矿中掘进巷道前方存在陷落柱条件下反射槽波的传播规律,建立了三维黏弹性含陷落柱煤系地质模型,对三维黏弹一阶速度–应力方程进行了高阶有限差分数值模拟,分析了三分量的波场快照与合成地震记录。结果表明,Y分量的反射Love槽波能量大、波形特征明显;X和Z分量的反射Rayleigh槽波能量较小、同相轴较模糊。因此,建议在实际煤矿开采时利用Love槽波超前探测陷落柱。