MSP技术在数据采集过程中的经验总结及注意事项-中国矿井物探网—

晋东南办事处周凯

    矿井巷道震波超前探测系统（MSP）是基于反射地震勘探原理，即利用人工激发的地震波在煤系地层中传播时的反射波特征来分辨掘进巷道前方断层、软弱夹层等不良地质体。MSP技术目前在井下现场进行矿井巷道超前探测已经取得了一定的应用效果，该技术在应用过程中，数据采集是整个勘探过程中最重要的部分。现场数据质量的好坏直接决定最终成果能否满足探测要求。尤其对于矿井巷道探测来讲，现场工作牵扯多个部门的配合，二次采集不但影响现场掘进工作且可能错过解决问题的最佳时机。因此采集到高信噪比信号对于整个MSP探测具有重要意义。现对该技术在数据采集过程中的一些经验及注意事项进行总结。
    MSP系统在数据采集过程中，影响数据质量的因素有很多，如何才能采集到有效地震波数据，主要取决于以下因素：
    1、震源类型对数据质量的影响：目前应用于MSP的震源方式主要有两种，即炸药震源和锤击震源。在震源方式的选择上，若有条件采用炸药震源，要尽量选用炸药震源，因为炸药震源相比于锤击震源激发能量大，信号传播距离更远、信噪比更高。如下图所示，锤击震源下数据，“毛刺”状信号较多，产生该结果的主要原因是锤击能量不够，对一些干扰信号达不到有效地压制作用，数据信噪比较低。相比较而言，炸药震源下，数据频率丰富，有效信号质量更高，对探测结果的解析更有利。

图1 炸药震源

图2 锤击震源

2、检波器类型对数据质量的影响：目前应用于MSP系统的检波器类型主要有孔中三分量检波器和外挂三分量检波器。孔中三分量检波器，无非是在巷道中多打了两个检波孔，在煤巷中，平均打一个检波孔的时间大概也就是5分钟左右，并不会耗费多长的时间。外挂检波器的耦合方式主要为吸附在锚杆或吸附在钢钎，因现在的矿用锚杆的锚固方式基本都是端锚，钢钎在煤壁里也很难接触的实体煤，这样对数据结果影响较大。数据质量的差异如下图所示，孔中三分量检波器信号中频率丰富、信噪比高，而外挂三分量检波器易受耦合条件、锚杆振动产生的谐振、以及声波的影响，因此，孔中三分量整体数据质量孔中要优于外挂。

图3 孔中三分量

图4 外挂三分量

3、雷管触发时间对数据质量的影响：在采用炸药震源的前提下，应该选用同一批次的触发时间最短的雷管，通常为一段的毫秒延期雷管。一段的毫秒延期雷管的触发时间大概能够控制在4-7ms以内，可以在有限地采样时长内获取更多的有效信号。当然，如果没有一段的毫秒延期雷管，也可以用其它批次的雷管，但同一次探测必须选用同一批次雷管，在仪器中设置采样点数时，其他批次的雷管可以稍微设置大一点，延长我们的采样时长。图5中，除第二、三、五道外其余全为一段的毫秒延期雷管，可见这三道数据触发时间过长，对整体的数据结果计算会产生影响，处理时，通常不参与计算。

图5 不同批次雷管炮震激发信号

图6 炮孔封孔质量不良信号

    4、炮孔封孔质量对数据质量的影响：在采用炸药震源时，炮孔中的炮泥是否堵死至孔口对数据质量的影响亦较大。若炮泥未堵死，放炮时，声音会比较清脆，这是由于炸药能量迸发出来的结果，这样就会造成声波对数据的干扰比较强烈；相反，若炮泥足够多的情况下，放炮时会是比较“闷”的声音，这样声波的干扰就会相对较小。如图6所示，前七道波形后期振幅依旧很大，就是因炮泥未堵死，声波产生的干扰，通常后期的信号不能参与计算。
    除以上几点之外，MSP放炮过程中还有一些注意事项，详细如下：（1）在使用发爆器时，发爆器上的氖气灯变绿之后表示发爆器已与炮线连接好，将发爆器的操作钥匙掷于“充电”位置时，必须待氖气灯变红之后再等待几秒，才能将操作钥匙掷于“放炮” 位置，这样才能保证仪器正常触发，如果过早操作钥匙可能会造成仪器不能正常触发。（2）在发爆器“充电”完成后，发爆器的雷管启动端子电压达到1500V,操作时不要接触端子，避免被电击危险。（3）数据采集时要注意观察气压表压力值的变化，气压减小要在放炮间歇及时充气。
    只有严格按施工要求进行施工，并注意一些细节，才能采集到高信噪比的数据，这样才能对我们后期数据处理、分析的准确性提供必要的保证。