揭煤巷道与煤层距离的测量方法及装置制造方法
【专利摘要】本发明实施例提供一种揭煤巷道与煤层距离的测量方法及装置，其中测量装置包括震源和N个传感器，N个传感器位于震源与揭煤巷道的迎头之间，且与震源位于同一直线，直线平行于揭煤巷道的中轴线；通过测量震源产生沿揭煤巷道的地平面向迎头传播的面波到达传感器的第一传播时间、传感器接收迎头反射回的面波的第二传播时间、传感器接收煤层反射回的横波到达传感器的第三传播时间及传感器与迎头的距离，获取迎头到煤层的距离。本发明实施例能够提高测定精度，提高测定结果的可靠性，同时由于本发明实施例的实施远离巷道迎头，从而保证了施工正常进行。
【专利说明】揭煤巷道与煤层距离的测量方法及装置
【技术领域】
[0001] 本发明设及煤层距离测量技术，尤其设及一种揭煤巷道与煤层距离的测量方法及 装置。
【背景技术】
[0002] 揭煤巷道是向未开采煤层掘进的巷道。由于揭煤巷道一般是采区最先接触并打开 煤层的巷道，对于含瓦斯煤层来说，如果处理不当，煤层中的高压瓦斯很容易突入巷道，从 而引起重大的安全事故。为了保证揭煤过程的安全，当巷道接近煤层时，巷道的迎头（地下 工程施工中的掘进工作面叫做迎头）与煤层的距离是安全措施选择的最重要参数。
[0003] 为了确定巷道的迎头与煤层的距离，现有技术中通常选择进行钻孔探测。但是在 大多情况下，煤层与其顶底板（在正常的沉积层序中，位于煤层之上的一定距离内的岩层 称为煤层的顶板，位于煤层之下一定距离内的岩层称为煤层的底板）的界限在钻孔中的很 难有明显的分界，钻孔探测确定的值误差很大，无法满足矿山安全的要求。同时钻孔测定的 是一个点，测定结果的可靠性低。
[0004] 除此之外也可用地震波反射法来确定揭煤巷道迎头到煤层的距离。但到目前为 止，所采用的方法均为从巷道的迎头发射和接受煤层反射的地震波，并多W地震波纵波作 为主要的手段，由于地震波纵波的能量相对较弱，受能量较强的面波干扰较大，且速度比较 快，导致传感器检测精度不能满足要求，测定结果的可靠性低。同时，该现有方法必须在巷 道迎头进行，影响正常的施工，给生产造成不便，实用价值低。
【发明内容】
[0005] 本发明实施例提供一种揭煤巷道与煤层距离的测量方法及装置，W克服测定结果 可靠性低、影响生产从而导致实用性低的问题。
[0006] 一方面，本发明实施例提供一种揭煤巷道与煤层距离的测量方法，应用于一种测 量装置，所述测量装置包括震源和N个传感器，所述N个传感器位于所述震源与揭煤巷道的 迎头之间，且与所述震源位于同一直线，所述直线平行于所述揭煤巷道的中轴线，其中N为 正整数，N大于或等于1 ;所述方法包括：
[0007] 通过震源产生沿所述揭煤巷道的地平面向所述迎头传播的面波，并开始计时；
[000引通过所述N个传感器接收从所述震源传来的面波，获取从所述震源产生所述面波 至所述面波分别到达所述N个传感器的N个第一传播时间；所述N个传感器接收所述迎头 反射回的面波，获取从所述震源产生所述面波至所述反射回的面波分别到达所述N个传感 器的N个第二传播时间；所述N个传感器接收煤层反射回的横波，获取从所述震源产生所述 面波至所述反射回的横波分别到达所述N个传感器的N个第=传播时间；
[0009] 根据所述N个第一传播时间，所述N个第二传播时间，W及所述N个传感器与所述 迎头的距离，获取所述面波的传播速度；
[0010] 根据所述面波的传播速度获取所述横波的传播速度；
[0011] 根据所述横波的传播速度，所述N个第二传播时间w及所述N个第=传播时间获 取所述迎头到所述煤层的距离。
[0012] 另一方面，本发明实施例提供一种测量装置，所述装置包括震源、处理器和N个传 感器，所述震源和所述N个传感器分别与所述处理器连接，所述震源和所述N个传感器设置 在揭煤巷道的地平面上，所述N个传感器位于所述震源与揭煤巷道的迎头之间，且与所述 震源位于同一直线，所述直线平行于所述揭煤巷道的中轴线，其中N为正整数，N大于或等 于1 ;
[0013] 所述震源用于产生沿所述揭煤巷道的地平面向所述迎头传播的面波，并由所述处 理器开始计时；
[0014] 所述N个传感器用于接收从所述震源传来的面波，获取从所述震源产生所述面波 至所述面波分别到达所述N个传感器的N个第一传播时间；所述N个传感器还用于接收所 述迎头反射回的面波，获取从所述震源产生所述面波至所述反射回的面波分别到达所述N 个传感器的N个第二传播时间；所述N个传感器还用于接收煤层反射回的横波，获取从所述 震源产生所述面波至所述反射回的横波分别到达所述N个传感器的N个第=传播时间；
[0015] 所述处理器用于根据所述N个第一传播时间，所述N个第二传播时间，W及所述N 个传感器与所述迎头的距离，获取所述面波的传播速度；
[0016] 所述处理器还用于根据所述面波的传播速度获取所述横波的传播速度；
[0017] 所述处理器还用于根据所述横波的传播速度，所述N个第二传播时间W及所述N 个第=传播时间获取所述迎头到所述煤层的距离。
[001引本发明实施例提供一种揭煤巷道与煤层距离的测量方法及装置，利用地震波面波 和横波的传播原理，通过测量震源产生沿揭煤巷道的地平面向迎头传播的面波到达传感器 的第一传播时间、传感器接收迎头反射回的面波的第二传播时间、传感器接收煤层反射回 的横波到达传感器的第=传播时间及传感器与所述迎头的距离，获取迎头到所述煤层的距 离，实现了对揭煤巷道迎头到煤层的距离的精确测量。相比现有技术而言，由于本发明实施 例采用了能量较强的面波，因此不易受干扰，能够提高测定精度，提高测定结果的可靠性， 同时由于本发明实施例的实施远离巷道迎头，从而保证了施工正常进行。
【专利附图】
【附图说明】
[0019] 为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使 用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本 领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可W根据该些附图获得其他 的附图。
[0020] 图1为本发明实施例提供的一种揭煤巷道与煤层距离的测量方法的流程示意图；
[0021] 图2为本发明实施例提供的一种揭煤巷道与煤层距离的测量方法的应用场景示 意图；
[0022] 图3为本发明实施例提供的一种揭煤巷道与煤层距离的测量方法的流程示意图；
[0023] 图4为本发明实施例提供的另一种揭煤巷道与煤层距离的测量方法的应用场景 示意图；
[0024] 图5为本发明实施例提供的另一种揭煤巷道与煤层距离的测量方法的流程示意 图；
[0025] 图6为本发明实施例提供的一种揭煤巷道与煤层距离的测量装置的结构示意图。
【具体实施方式】
[0026] 为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例 中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是 本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员 在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0027] 本发明实施例提供一种揭煤巷道与煤层距离的测量方法，该测量方法应用于一种 测量装置，该测量装置包括震源和N个传感器，N个传感器位于震源与揭煤巷道的迎头之 间，且与震源位于同一直线，该直线平行于揭煤巷道的中轴线，其中N为正整数，N大于或等 于1;如图1所示，该方法包括：
[002引步骤101、通过震源产生沿揭煤巷道的地平面向迎头传播的面波，并开始计时。
[0029] 步骤102、通过N个传感器接收从震源传来的面波，获取从震源产生面波至面波分 别到达N个传感器的N个第一传播时间；N个传感器接收迎头反射回的面波，获取从震源产 生面波至反射回的面波分别到达N个传感器的N个第二传播时间；N个传感器接收煤层反 射回的横波，获取从震源产生面波至反射回的横波分别到达N个传感器的N个第=传播时 间。
[0030] 步骤103、根据N个第一传播时间，N个第二传播时间，W及N个传感器与迎头的距 离，获取面波的传播速度；根据面波的传播速度获取横波的传播速度。
[0031] 步骤104、根据横波的传播速度，N个第二传播时间W及N个第=传播时间获取迎 头到煤层的距离。
[003引本发明实施例提供的揭煤巷道与煤层距离的测量方法，利用了面波与横波的传播 特性。传统的地震波反射法利用纵波的传播原理来测量，而在使用纵波进行近距离反射勘 探时，由于面波能量极强，严重干扰纵波的测量。因此在传统的地震波反射法测量时，面波 是干扰信号，必须先过滤面波后，才能得到有用的纵波信号。而本发明实施例通过测量震源 产生的沿揭煤巷道的地平面向迎头传播的面波到达传感器的第一传播时间、迎头返回的面 波到达传感器的第二传播时间与传感器到迎头的距离，得到面波的传播速度，进而获得横 波的传播速度；再由横波的传播速度、第二传播时间与反射的横波到达传感器的第=传播 时间，得到迎头到煤层的距离。本发明利用面波在迎头转换成横波的特点，利用面波的能量 作为二次震源，从而使干扰不再是问题，提高了时间识别的精度，而且从煤层反射的横波信 号能量大，易于辨认，速度慢，也大大提高了测量的精度。从而实现了对揭煤巷道迎头到煤 层的距离的精确测量，同时，由于测定过程远离巷道迎头，保证了施工正常进行。
[0033] 为了使本领域技术人员能够更清楚地理解本发明实施例提供的技术方案，下面通 过具体的实施例，对本发明的实施例提供的揭煤巷道与煤层距离的测量方法进行详细说 明，该方法的应用场景可W如图2所示，该方法应用于一种测量装置，该测量装置包括一个 震源和一个传感器，该传感器位于该震源与揭煤巷道的迎头之间，且与该震源位于同一直 线，该直线平行于揭煤巷道的中轴线；该方法如图3所示包括：
[0034] 步骤201、震源产生沿揭煤巷道的地平面向迎头传播的面波，并开始计时。
[0035] 步骤202、传感器接收从震源传来的面波，获取从震源产生面波至面波到达传感器 的第一传播时间；传感器接收迎头反射回的面波，获取从震源产生面波至反射回的面波到 达传感器的第二传播时间；传感器接收煤层反射回的横波，获取从震源产生面波至反射回 的横波到达传感器的第=传播时间。
[0036] 具体的，首先，震源可W通过键击揭煤巷道的地平面产生沿揭煤巷道的地平面向 迎头传播的面波，除此之外，也可W采用其它可能的装置和方法生成震源，本发明并不对此 进行限定。从震源产生该面波时开始计时，该面波首先会到达传感器，从而得到该第一传播 时间，记为tl。
[0037] 其次，该面波会到达揭煤巷道的迎头，面波到达迎头后，一方面，经迎头反射，产生 反射回的面波，该反射回的面波沿揭煤巷道的地平面向传感器传播，传感器接收到该反射 回的面波时就能够得到该第二传播时间，记为t2 ;另一方面，面波到达迎头后，在迎头的作 用下产生横波，该横波向迎头周围的岩石传播，该横波在碰到煤层后，经煤层反射产生反射 回的横波，该反射回的横波到达迎头后沿揭煤巷道的地平面向传感器传播，传感器接收到 该反射回的横波时就能够得到该第=传播时间，记为t3。
[003引另外值得一提的是，步骤201中震源产生面波后开始计时，可W由震源执行，例如 该震源设置有计时功能，或者外接一计时器，在计时后，震源将产生面波的时刻通过与传感 器之间的连接发送给传感器，从而使传感器能够在接收到上述直接到达的面波、返回的面 波W及返回的横波后，计算出该第一传播时间、第二传播时间、第立传播时间。或者，可W采 用具有计时功能的传感器，在震源产生面波后开始计时，震源可W通过与传感器的连接给 传感器发送一开始计时指令，由计时器开始计时，从而使传感器能够在接收到上述直接到 达的面波、返回的面波W及返回的横波后，计算出该第一传播时间、第二传播时间、第=传 播时间。又或者，震源与传感器不设置连接，可W将震源与传感器同时连接一处理器，震源 产生面波后由处理器开始计时，传感器能够在接收到上述直接到达的面波、返回的面波W 及返回的横波后将各个到达时刻传送给处理器，由处理器计算出该第一传播时间、第二传 播时间、第S传播时间。
[0039] 需要注意的是，除了上述几种计时的实现方式外，还可能有其他的实现方式，该几 种实现方式仅仅为示例性的，并非是对本发明实施例的限定。
[0040] 步骤203、根据第一传播时间，第二传播时间，W及传感器与迎头的距离，获取面波 的传播速度。
[0041] 具体的，获取面波的传播速度方法可W具体包括：
[0042] 首先，获取第二传播时间与第一传播时间的时间差。
[0043] 其次，根据该时间差的二分之一时长，W及传感器到迎头的距离，获取面波的传播 速度。
[0044] 例如，可W依据W下速度计算公式获得面波的传播速度：
[0045]
【权利要求】
1. 一种揭煤巷道与煤层距离的测量方法，其特征在于，应用于一种测量装置，所述测量 装置包括震源和N个传感器，所述N个传感器位于所述震源与揭煤巷道的迎头之间，且与所 述震源位于同一直线，所述直线平行于所述揭煤巷道的中轴线，其中N为正整数，N大于或 等于1 ;所述方法包括： 通过震源产生沿所述揭煤巷道的地平面向所述迎头传播的面波，并开始计时； 通过所述N个传感器接收从所述震源传来的面波，获取从所述震源产生所述面波至所 述面波分别到达所述N个传感器的N个第一传播时间；所述N个传感器接收所述迎头反射 回的面波，获取从所述震源产生所述面波至所述反射回的面波分别到达所述N个传感器的 N个第二传播时间；所述N个传感器接收煤层反射回的横波，获取从所述震源产生所述面波 至所述反射回的横波分别到达所述N个传感器的N个第三传播时间； 根据所述N个第一传播时间，所述N个第二传播时间，以及所述N个传感器与所述迎头 的距离，获取所述面波的传播速度； 根据所述面波的传播速度获取所述横波的传播速度； 根据所述横波的传播速度，所述N个第二传播时间以及所述N个第三传播时间获取所 述迎头到所述煤层的距离。
2. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述N个第一传播时间，所述N个第 二传播时间，以及所述N个传感器与所述迎头的距离，获取所述面波的传播速度包括： 若N等于1，获取所述第二传播时间与所述第一传播时间的时间差，并根据所述时间差 的二分之一时长，以及传感器到所述迎头的距离，获取所述面波的传播速度； 若N大于1，分别获取每个传感器获取的第二传播时间与第一传播时间的时间差，得到 N个时间差； 分别根据所述N个时间差的二分之一时长，以及所述N个传感器与所述迎头的距离，获 取N个传播速度； 获取所述N个传播速度的平均速度，将所述平均速度作为所述面波的传播速度。
3. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述面波的传播速度获取所述 横波的传播速度包括： 根据面波的传播速度与横波的传播速度的关系，以及所述面波的传播速度，获取所述 横波的传播速度； 或者， 根据所述面波的传播速度，利用速度反演法获取所述横波的传播速度。
4. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述横波的传播速度，所述N个 第二传播时间以及所述N个第三传播时间获取所述迎头到所述煤层的距离包括： 若N等于1，获取所述第三传播时间与所述第二传播时间的时间差，并根据所述时间差 的二分之一时长，以及所述横波的传播速度获取所述迎头到所述煤层的距离； 若N大于1，分别获取每个传感器获取的第三传播时间与第二传播时间的时间差，得到 N个时间差； 分别根据所述N个时间差的二分之一时长，以及所述横波的传播速度获取N个距离； 获取所述N个距离的平均距离，将所述平均距离作为所述迎头到所述煤层的距离。
5. 根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述震源与所述迎头的距离为第一预设 距离，所述N个传感器与所述震源的距离为第二预设距离，所述N个传感器与所述迎头的距 离为第三预设距离；其中，所述第二预设距离为所述N个传感器中距离所述震源最近的传 感器与所述震源的距离，所述第一预设距离等于所述第二预设距离与所述第三预设距离之 和，所述第二预设距离小于所述第三预设距离； 若N大于1，所述N个传感器之间距离相等或不等； 其中，所述N个传感器包括：一维传感器或者多维传感器，当传感器为一维传感器时， 所述传感器的方向垂直于所述地平面。
6. -种测量装置，其特征在于，所述装置包括震源、处理器和N个传感器，所述震源和 所述N个传感器分别与所述处理器连接，所述震源和所述N个传感器设置在揭煤巷道的地 平面上，所述N个传感器位于所述震源与揭煤巷道的迎头之间，且与所述震源位于同一直 线，所述直线平行于所述揭煤巷道的中轴线，其中N为正整数，N大于或等于1 ; 所述震源用于产生沿所述揭煤巷道的地平面向所述迎头传播的面波，并开始计时； 所述N个传感器用于接收从所述震源传来的面波，获取从所述震源产生所述面波至所 述面波分别到达所述N个传感器的N个第一传播时间；所述N个传感器还用于接收所述迎 头反射回的面波，获取从所述震源产生所述面波至所述反射回的面波分别到达所述N个传 感器的N个第二传播时间；所述N个传感器还用于接收煤层反射回的横波，获取从所述震源 产生所述面波至所述反射回的横波分别到达所述N个传感器的N个第三传播时间； 所述处理器用于根据所述N个第一传播时间，所述N个第二传播时间，以及所述N个传 感器与所述迎头的距离，获取所述面波的传播速度； 所述处理器还用于根据所述面波的传播速度获取所述横波的传播速度； 所述处理器还用于根据所述横波的传播速度，所述N个第二传播时间以及所述N个第 三传播时间获取所述迎头到所述煤层的距离。
7. 根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述处理器具体用于： 若N等于1，获取所述第二传播时间与所述第一传播时间的时间差，并根据所述时间差 的二分之一时长，以及传感器到所述迎头的距离，获取所述面波的传播速度； 若N大于1，分别获取每个传感器获取的第二传播时间与第一传播时间的时间差，得到 N个时间差； 分别根据所述N个时间差的二分之一时长，以及所述N个传感器与所述迎头的距离，获 取N个传播速度； 获取所述N个传播速度的平均速度，将所述平均速度作为所述面波的传播速度。
8. 根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述处理器具体用于： 根据面波的传播速度与横波的传播速度的关系，以及所述面波的传播速度，获取所述 横波的传播速度； 或者， 根据所述面波的传播速度，利用速度反演法获取所述横波的传播速度。
9. 根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述处理器具体用于： 若N等于1，获取所述第三传播时间与所述第二传播时间的时间差，并根据所述时间差 的二分之一时长，以及所述横波的传播速度获取所述迎头到所述煤层的距离； 若N大于1，分别获取每个传感器获取的第三传播时间与第二传播时间的时间差，得到 N个时间差； 分别根据所述N个时间差的二分之一时长，以及所述横波的传播速度获取N个距离； 获取所述N个距离的平均距离，将所述平均距离作为所述迎头到所述煤层的距离。
10.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述震源与所述迎头的距离为第一预设 距离，所述N个传感器与所述震源的距离为第二预设距离，所述N个传感器与所述迎头的距 离为第三预设距离；其中，所述第二预设距离为所述N个传感器中距离所述震源最近的传 感器与所述震源的距离，所述第一预设距离等于所述第二预设距离与所述第三预设距离之 和，所述第二预设距离小于所述第三预设距离； 若N大于1，所述N个传感器之间距离相等或不等； 其中，所述N个传感器包括：一维传感器或者多维传感器，当传感器为一维传感器时， 所述传感器的方向垂直于所述地平面。
【文档编号】G01S15/08GK104502913SQ201410720586
【公开日】2015年4月8日 申请日期:2014年12月2日 优先权日:2014年12月2日
【发明者】袁亮, 杨本才, 刘冠学, 欧阳名三, 金学玉, 郭来功, 张明, 范晨东, 王显军, 吴志坚, 杨洋, 涂辉, 郝元伟 申请人:平安煤矿瓦斯治理国家工程研究中心有限责任公司, 安徽理工大学, 淮南矿业(集团)有限责任公司