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Mine Engineering 矿山工程, 2021, 9(2), 132-137Published Online April 2021 in Hans. /journal/mehttps:///10.12677/me.2021.92020槽波地震勘探法在煤层构造探测中的应用姜启严，吴荣新，周官群安徽理工大学地球与环境学院，安徽淮南收稿日期：2021年3月17日；录用日期：2021年4月18日；发布日期：2021年4月25日摘要在煤矿开采中，槽波地震勘探是探查工作面内隐伏构造及不良地质体的有效手段。
本文以淮北矿业集团童亭煤矿8173工作面为例，采用槽波反射和透视地震方法，通过对采集数据进行滤波、能量分析，得到槽波能量衰减图，确定了工作面内的不良地质构造，与后期钻探资料成果基本吻合，为该工作面的开采提供了地质依据。
关键词物探，槽波，煤层，地质构造Application of In-Seam Wave SeismicExploration Method in the Exploration ofCoal Seam StructureQiyan Jiang, Rongxin Wu, Guanqun ZhouSchool of Earth and Environment, Anhui University of Science and Technology, Huainan AnhuiReceived: Mar. 17th, 2021; accepted: Apr. 18th, 2021; published: Apr. 25th, 2021AbstractIn coal mining, in-seam wave seismic exploration is an effective means to detect hidden structures and bad geological bodies in working face. Tongting coal mine 8173 working face in Huaibei min-ing industry group as an example, uses the channel wave seismic methods, reflection and perspec-tive based on the collected data filtering, energy analysis, to get the channel wave energy attenua-姜启严等tion and determine the adverse geological structure in the face, and is anastomosed with the late drilling data, the basic work for the mining geological basis is provided below.KeywordsGeophysical Prospecting, Channel Wave, Coal Seam, Geological StructureThis work is licensed under the Creative Commons Attribution International License (CC BY 4.0)./licenses/by/4.0/1. 引言目前，我国经济迅速发展，对矿产资源的需求量越来越高，因此矿产资源的开发规模也越来越大[1]。
［摘要］利用分离式霍普金森冲击压杆（SHPB ）试验装置测定了岩石的非线性系数和衰减系数，开设了自主探究性科研试验，让学生掌握了测定岩石非线性系数和衰减系数的理论知识，学习并实践了SHPB 系统进行岩石动力试验，了解了SHPB 系统的工作原理，熟练掌握了SHPB 试验设备操作及数据处理方法。
通过该教学试验，锻炼了学生的动手能力，培养了学生自主设计、实施试验的创新能力。
［关键词］分离式霍普金森冲击压杆（SHPB ）；岩石；非线性系数；衰减系数［中图分类号］G642［文献标志码］A［文章编号］2096-0603（2023）16-0081-04利用SHPB 联合测定岩石非线性系数及衰减系数的教学试验①丁海滨（华东交通大学土木建筑学院，江西南昌330013）颗粒材料（如岩石等）由于其内部结构复杂，导致其具有很明显的动力非线性特性[1-2]。
同时，由于材料的内部结构具有孔隙或裂纹等缺陷，导致弹性波在其内传播产生耗散[3-5]，通常采用衰减系数来表征。
目前关于岩石非线性及波在其中传播的衰减特性已有较多的研究。
关于岩石非线性的研究，大多集中于构建对应的理论非线性模型来分析岩石的非线性特性[6-8]，并通过试验结合波动理论测得岩石的非线性系数[9]。
波在岩石介质中传播的衰减特性研究的主要方法有直接测试法[10-11]、构建理论模型[12-13]和数值模拟。
然而，目前还没有关于联合测定岩石非线性系数和衰减系数的相关研究。
分离式霍普金森冲击压杆（SHPB ）系统是国际岩石力学学会推荐的研究岩石冲击动力响应的常用装置系统[14-16]。
本试验拟采用SHPB 试验系统，以岩石为试验材料，结合非线性理论和波动理论实现联合测定岩石非线性系数和衰减系数的目的。
本试验旨在培养学生根据理论模型独立设计试验方案、独立开展试验的能力，同时使学生学会数据处理工作，培养其科研思维能力。
本试验帮助学生进一步掌握SHPB 试验原理及试验操作方法，培养学生的创新意识，可为今后学生从事相关的工作奠定基础。
安徽理工大学2020年硕士研究生招生专业目录及参考书目
大学出版社；
《矿山开采沉陷学》：何国清，中国矿业
大学出版社；
《采矿学》：徐永圻，中国矿业大学出版
社；
、矿山开采沉陷学程与安全学院
《过程设备设计》（第三版）：郑津洋，化学工业出版社；
③301数学一④807机械设计或808机械工程测试技术基础或853
《机械设计》(第九版)：濮良贵，高等教育出版社；
《机械工程测试技术基础》(第二版)：黄 互换性与技术测量
程
工程学院
《材料科学基础》，北京工业大学出版
社，2010年版；
社（第三版）
《自动控制原理》：胡寿松，科学出版社③301数学一④812电路或819信或813电工技术或821煤化学
809材料科学基础：《材料科学基础》，上海交通大学出版社，2010年5月第三版；《无机材料科学基础》 武汉理工大学出版设计基础
、浮选与煤泥水处理)
①101思想政治理论②201英语一工工程
《证券投资学》（第三版），吴晓求主编，中国人民大学出版社，2009年版。
(第四版)黄达、张杰著，中国人民大学出
版社，2017年版；
③303数学三④431金融学综合
《商业银行经营学》（第四版）》戴国
五版）；《电力电子技术》：王兆安，机械工业出管理基础
行为学808机械工程测试技术基础或812电路或841数据结构或855人工智程与管理重点实验室
(第七版)；
《机械工程测试技术基础》：黄长艺主编，机械工业出版社(第二版)；
考生控制工程基础或单片机原理及应
用或C语言程序设①101思想政治理论②201英语一造工程矿山机电装备协同创新中心。
爆破工程复习题（仅供参考)1.(1)爆炸：物质系统的一种极为迅速的能量转化过程，是系统蕴藏的或瞬间形成的大量能量在极短的时间内骤然释放或转化的现象。
分为：A.物理爆炸：由系统释放物理能引起的爆炸； B.化学爆炸：由物质化学变化引起的爆炸； C.核爆炸：由核裂变或核聚变释放出巨大核能所引起的爆炸。
(2)爆破：利用炸药的爆炸能量对介质做功以达到预定工程目标的作业；按爆破作业性质分类如下：露天爆破、地下爆破、水下爆破、拆除爆破和特种爆破。
(3)炸药是指能够发生化学爆炸的物质，包括化合物和混合物。
(4)炸药爆炸的三要素：A.反应的放热性：为爆炸提供爆炸反应的能源，保障了爆炸反应的连续和传播；B.反应的快速性：使爆炸产物具有极高的能量密度和功率密度;C.生成大量气体：产生的大量气体是对周围介质做功的介质，爆炸产生的热量通过高温高压气体产物的剧烈膨胀实现能量转化。
(5)炸药的氧平衡对爆生有毒气体的影响：A.正氧平衡：氧有多余，可燃元素能够被充分氧化但产物或有NO、NO2等气体；B.零氧平衡：可燃元素能得到充分氧化，氧不缺也无多余，没有有毒气体产生；C.负氧平衡：炸药含氧不够，氧化反应不充分，爆炸产物中含有CO等有毒气体。
(6)殉爆：指某处炸药爆炸时引起相邻一定距离处的另一炸药爆炸的现象。
(7)殉爆距：指主动装药殉爆时能使被动装药100%殉爆的最大距离。
(8)研究殉爆距的意义：A.对主动装药而言，殉爆距离反映了炸药爆炸的冲击波强度；B.对被动装药而言，殉爆距离反映了炸药对冲击波的感度；C.提高工程爆破的可靠性。
2.(1)炸药的起爆：炸药受到外界作用发生爆炸的过程。
(2)感度：炸药在外界作用下发生爆炸的难易程度。
(3)爆速：爆轰波在炸药中的传播速度成为爆轰速度，简称爆速。
(4)爆热：单位质量炸药爆炸时所释放出的热量。
(5)爆温：炸药爆炸所放出的热量将爆炸产物加热到的最高温度。
(6)爆力：炸药爆炸对周围介质所做机械功的总和。
结构随机振动在地震分析中的应用土建学院硕士1410班李小鹏学号：14125800摘要：地震是一种随机性振动，它有着难以把握的复杂性和不确定性，人类还不能准确预测，也不能完全把握和测算建筑物在遭遇地震的特性和参数。
本文主要介绍了随机振动的研究发展现状，并介绍了随机振动在地震分析中的应用及地震反应的随机振动研究方法，最后用一个计算实例，证明了随机振动方法在分析地震反应时是可行的。
关键词：随机振动、地震0引言地震是一种能对人类的生产和生活带来极大破坏的自然灾害，对工程结构的破坏更是非常严重。
人类一直对其进行研究，以提高工程结构的抗震能力。
自1947年Housner[1]首次用随机过程描述地震动以来的半个多世纪，随机振动理论在工程抗震中得到应用并迅速发展，日益成为一种较为先进合理的抗震分析工具。
本文主要介绍随机振动在结构抗震中应用与发展前景。
1随机振动研究发展现状将地震作用作为随机过程，并用随机振动理论来研究结构在随机地震激励下的响应及其概率特性，是结构抗震理论的重大发展。
自1947年Housner首次用随机过程描述地震动以来的半个多世纪，随机振动理论在工程抗震中得到应用并迅速发展，日益成为一种较为先进合理的抗震分析工具。
国内有关研究工作始于60年代初期，并在进入80年代后逐渐活跃，但运用随机抗震理论进行工程结构地震响应研究和分析的工作在国内外开展得远远不够，与这种理论的先进性很不相称。
虽然人类对随机振动理论在桥梁工程、地下工程、井架结构、大跨度结构等工程抗震领域展开了多方面的细致深入的研究，并取得了一定的研究成果,但由于随机振动理论的复杂性，该理论在实际工程抗震设计中应用还很少。
中国学者李宏男在随机振动的振型加速度法基础上，提出适用于计算高层建筑在地震平动和扭转共同作用下的结构的多维随机振动的振型加速度法，多高层建筑在地震平动和扭转共同作用下的结构的随机反应分析中一般都应用这种方法，但是该方法的公式推导较复杂、参数较多、计算量也较大。
第一章 1,连续时间函数x(t)离散化的目的:使模拟地震信号中低频信号在重建中得到保持和恢复,使原来高频信号得到衰减和压制。
2,尼奎斯特频率:使离散时间序列x(nΔt)能够确定时间函数x(t)所对应的两倍采样间隔的倒数,即f=1/2Δt.
3,假频:当x(t)的频谱中简谐成分频率f高于尼奎斯特频率的高频成分时,以尼奎斯特频率为中心向低频折叠的假的低频成分成为假频。
4,数字滤波:在地震数字处理中,利用频谱特征的不同来压制干扰波以突出有线波的方法。
4,频率域滤波原理:在线性滤波条件下,滤波器输出信号的频谱X(t)为输入信号的频谱X(ω)与滤波器频率特性H (ω)的乘积。
5,图p23。 6,伪门:对连续的滤波因子h(t)用时间采样间隔Δt离散采样后得到h (nΔt)。如果再按h (nΔt)计算出与它相应的滤波器的频率特性,这时在频率特性图形上,除了有同原来的H (ω)对应的'门'外,还会周期性地重复出现许多门,这些门称为伪门。产生伪门的原因就是由于对h(t)离散采样造成的。
7,当频率特性曲线是不连续函数而对滤波因子取有限项时,有限长度的h(t)对应的H'(f)不再是一个门式滤波,而是有波动的曲线,曲线由间断点向远处波动衰减,在间断点波动最大,这种现象叫做非连续函数频率相应的吉卜斯现象。
8,为何要进行二维滤波:单独的频率域滤波和波数域滤波都存在不足,它们在进行滤波时改变了波剖面的形状,而波数域滤波时改变了振动图的形状。只有根据两者的联系组成频率--波数域滤波才能得到在所希望的频率间隔内,视速度为某一范围的有线波得到加强,同时对干扰波进行压制。
9,如何进行二维滤波:p38 10,真振幅恢复的目的:是尽量对地震波能量的衰减和畸变进行补偿和校正,主要包括波前扩散能量补偿,地层吸收能量补偿和地表一致性能量调整。
11,我爱中国 12,水平层状介质模型:利用式1-132得到动校正量后,将共中心点道集中各道动校正后的振幅进行叠加便得到共中心点水平叠加剖面。其后的各种处理包括时间偏移和深度偏移都是在水平叠加剖面上进行的称为叠后时间偏移和叠后深度偏移。
13,共中心点水平叠加的优点:①可以压制多次波,规则干扰波,随机噪声。这是因为这些波的视速度大于或小于一次反射波的视速度,当一次反射波动校正后,同相轴被校正为一条水平线,而其他波处于校正不足的状态,叠加后收到压制。②增强有效波,提高信噪比,显著改善地震剖面质量。p44
14,多层水平层状介质模型叠加方法与单层水平层状介质模型叠加情况相同,只需用均方根速度代替单层均匀介质速度。
15,共中心点水平叠加存在的问题:经过共中心点水平叠加处理后得到的水平叠加剖面,通常被认为是相当于零偏移距自激自收记录剖面,但并非真正的自激自收剖面,这是由于当反射界面为弯曲界面或为平界面断层时,或当覆盖介质速度横向变化及速度各向异性时,反射旅行时将产生不同形式的畸变。
16,块状介质模型:共中心点水平叠加处理不适用,而采用共反射点处理。此时无须进行共中心点水平叠加,以叠前时间偏移和叠前深度偏移处理为核心。当构造平缓速度横向变化不大,可以用叠前时间偏移;当构造剧烈,横向速度变化较大时,用叠前深度偏移较为精确。处理流程p47. 第二章 17,波前扩散:当地震波在地下介质中传播时,波前面是一个以震源为中心的球面,震源发出的总能量逐渐分散在一个面积不断扩大的球面上,单位面积上的能量密度逐渐减小,地震波振幅随着传播距离的增加而不断减小。这种现象称为波前扩散。
18,地层吸收:当地震波在地下介质传播时,由于实际的岩层并非完全弹性,岩层的非完全弹性使的地震波的弹性能量不可逆转地转化为热能而发生消耗,因此使地震波的振幅产生衰减,这种由于介质的非完全弹性而引起的地震波振幅衰减现象称为吸收。
19,地层吸收补偿:地层吸收对地震波振幅的影响不同于波前扩散对地震波振幅的影响,地震波振幅的衰减与频率有关,频率越高,振幅衰减越严重。地层吸收不仅造成地震波振幅的衰减,而且对地震波产生低通滤波作用。
第三章 20,反褶积的基本作用:是压缩地震记录中的地震子波,压缩鸣震和多次波,从而明显提高地震垂直分辨率。
21,地震记录可以看作是地震子波与地层脉冲响应的反褶积,即x(t)=w(t)*e(t).依次为地震道记录,地震子波,地层脉冲响应,其中地层脉冲响应e(t)为震源是单位脉冲δ(t)时零炮检距自激自收的地震记录。
22,反褶积(反滤波):输入为地震道记录x(t)时,滤波因子w'(t),输出为地层脉冲响应e (t)或反射系数序列r(t).
所要解决的问题:把延续几十毫秒的地震子波压缩成一个反应反射系数r(t)的窄脉冲。 23,由于大地滤波作用,使震源发出的尖脉冲经过地层后,变成一个具有一定时间延续的波形w (t),称为地震子波。p60.p62。
24,地震子波的求取:①直接观测法,知适用于海上地震勘探。②自相关法:选取记录质量高的一段,取时窗起点为时间起点,长度为T。假设反射系数r(t)为白噪声且地震子波w(t)是最小相位的和满足稳定性条件。或者地震子波不是最小相位,而是零相位,则需满足反射系数为白噪声。
③多项式求根法:假设地震子波是最小相位,反射系数为白噪声。④利用测井资料求子波:要求有良好的声波测井和密度测井资料,并有井旁质量较高的地震记录。⑤对数分解法:假设地震记录是地震子波与反射系数褶积的结果;对数谱序列平均法:假设各地震记录道上的地震子波是相同的;各道的反射系数是随机分布的;各道的噪声也是随机分布的。
25,反滤波的实现:将反子波作为反滤波的滤波因子,与输入的地震记录褶积,既可得到反射系数序列。当地震子波是最小相位时,其反子波也是最小相位的,这时反滤波的滤波因子系数为收敛序列,反滤波器才是稳定的。
26,最佳维纳滤波原理:滤波器实际输出与期望输出的误差平方和为最小的情况下,确定滤波器的滤波因子,也称为最小平方滤波。
27,地表一致性反褶积的目的在于消除由于近地表条件的变化对地震子波波形的影响。
过程:首先,对每个频率ω解出各振幅成分,将所有的频率ω的结果合并在一起,得到各振幅谱成分,然后对各振幅成分取指数并进行傅立叶反变换得到各谱成分所对应的时间函数。这时地表一致性脉冲反褶积因子就是Si(t)*Gi(t)*Hi(t)的最小相位的逆。利用这个反褶积因子对全部数 据中的每一道地震记录Xij(t)进行反褶积,就消除地表条件不一致性所带来的地震波形的变化,得到地表一致性反褶积结果。
第四章 28,动校正及叠加:叠加的目的是压制干扰,提高地震数据的信噪比。动校正的目的是消除炮检距对反射波旅行时的影响,校平共深度点反射波时距曲线的轨迹,增强利用叠加技术压制干扰的能力,减小叠加过程引起的反射波同相轴畸变。
29,在多次覆盖勘探中,多个炮检距都接收到了来自共深度点的反射波,但不同炮检距的到时不同,由于自激自收反射波与地下构造有着更直接的对应关系,因此需要将非零炮检距校正到零炮检距旅行时。公式p101。
正常时差:由于炮检距引起的非零炮检距与零炮检距的反射时间之差Δ(t)称为正常时差。(在相同地震道上,正常时差是反射时间的函数,不同反射时间,正常时差不同,因此又称为动态时差。)
动校正:将不同炮检距的反射时间校正到零炮检距反射时间的过程就叫做动校正。
30,校正不足或欠校正:如果动校正采用的速度高于正确速度,计算得到的动校正量偏小,动校正后的同相轴下拉。反之称为校正过量或过校正。
31,数字动校正方法:数字地震记录是离散采样的,时间τ并未落在动校正前地震记录的离散采样点上,它落在采样点Kx和Kx+1之间,离散地震记录并不包含时刻为τ的采样值,它需要利用相邻四点采样值内插或按照特定特定的采样定理恢复出来。
32,离散动校正对地震记录波形的影响:在动校正过程中,各个离散点动校正量不同,动校正之后的子波不在保持原来的形态,子波形态发生相对畸变。表现为波形拉伸。p105。 33,动校正拉伸:动校正后子波的延续时间T'=T+(Δτ1+Δτ2),由于浅层的动校正时差大于深层的动校正时差,所以T'>T,在动校正后的地震记录上,子波的波形被拉伸了,我们就把数字动校正造成的波形拉伸称为动校正拉伸。图p4-8 p106
34,拉伸系数:公式4--19,和4-28,反射深度越浅,炮检距越大,动校正拉伸越严重,子波的主频向低频转移也随之严重。克服动校正拉伸的方法是外切除,即对拉伸率大于某个百分比的地震数据进行切除。
35,水平叠加的原理:利用最小平方原理,计算任意地震道与标准道的误差平方和最小。标准道公式4-32就是N道叠加的平均。
36,自适应水平叠加产生的原因:由公式4-32,参加叠加各道的加权系数是相等的,而且各道的加权系数不随时间变化,加权系数为1,但实际上参加各道的地震道的质量是有差别的,等权叠加不会取得理想的叠加效果,如果根据地震道质量的好坏,来确定参加叠加的道数进行叠加,这样会产生更好的叠加效果,这就是自适应水平叠加的基本思想。
37,自适应水平叠加的差本原理:地震记录道的质量在时间和空间上都会有差异,可以根据此差异来控制它们参与叠加的成分,这可以通过对每个地震道上随时间乘上不同的加权系数来达到,用最小平方法原理去确定加权系数。加权系数为(公式4-35)。
38,剩余时差:当采用一次波的正常时差公式进行动校正之后,除了一次反射波之外,其他类型的波仍存在一定量的时差,我们将这种进过动校正后残留的时差叫做剩余时差。
39,水平叠加存在的问题:①当动校正存在剩余时差时,水平叠加降低了地震信号的分辨率。②倾斜界面情况下,共中心点道集不再是共反射点道集。③复杂构造
