[發明專利]一種多層采空區地面-巷道瞬變電磁探測方法

在審

• 申請號: 201410837777.3
• 申請日: 2014-12-29
• 公開（公告）號: CN104597511A
• 公開（公告）日: 2015-05-06
• 發明（設計）人: 姜志海;劉耀寧;劉樹才;朱寧軍;李毛飛;呂阿談;張兆橋
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學
• 主分類號: G01V3/28
• 分類號: G01V3/28;G01V3/38
• 代理公司: 徐州市淮海專利事務所 32205
• 代理人: 華德明

技術領域

本發明涉及一種瞬變電磁探測方法，具體是一種多層采空區地面-巷道瞬變電磁探測方法。

背景技術

采空區積水是誘發我國煤礦特大突水災害事故的主要原因之一。煤系是地殼在以沉降運動為主的振蕩過程中形成的，大多成層分布，我國煤田從上而下一般均存在多層可采煤層。上部煤層開采完畢后形成的采空區成為匯水區域，以靜儲量為主，水壓力大，一旦掘透，來勢兇猛，破壞力大，容易造成群體性傷亡事故，給鄰近工作面及下部煤層開采帶來安全隱患。

近年，我國煤炭行業進行了資源整合，由于前期盜采或開采的無序、不合理,許多礦區在進行下部煤層開采時均面臨上部多層積水采空區的威脅。采掘工程資料缺失或不詳，致使上部煤層采空積水情況無從考證。

目前我國煤礦水文地質地球物理探測技術主要分地面與井下：地面主要有直流電阻率法、瞬變電磁法、可控源音頻大地電磁測深等；井下主要有礦井直流電法、礦井瞬變電磁法、音頻電透視等。

受地形、人文設施及探測深度要求，地面水文物探分辨率、勘探精度及可靠性大為降低，雖然能滿足水源地勘查的要求，但還達不到煤礦防治水工作的精細勘查要求，只能作為煤礦制定采區防治水規劃的參考資料。

礦井水文物探技術包括直流電法勘探、礦井音頻電透視、礦井瞬變電磁法等。由于靠近目標體，信號響應強，分辨率較高，但也存在一定不足。對于直流電法勘探而言，比較突出的是需要一定的測線長度，如果可施工巷道長度有限，則無法滿足勘探深度的要求；二是當巖層破碎且干燥時，電極與巖層的接觸常常會帶來困難；三是當工作面較寬時在工作面頂板上方中間部位容易形成探測盲區。礦井音頻電法透視在采煤工作面頂底板內部的導水構造及含水層的富水性探測，取得了較好的地質效果，實際探測中也面臨電極布置困難，施工時必須是準備回采的工作面,或存在2條順槽(透距<350m)的區域,主要探查兩順槽間頂板100m高度(或深度)范圍內水文異常地質體的空間位置，目前仍然存在尚待解決的理論和實際問題，如頻率范圍的選擇、探測深度的確定、頻率和深度的函數關系等問題。

礦井瞬變電磁法是近年才發展起來的一種井下探測方法，因其施工方便快捷，對含水體敏感成為目前礦井水文物探主要手段之一，但其探測深度有限，當上部采空區距探測位置較遠時無法達到理想的探測深度，同時盡管通過改變線圈平面方向可實現不同方位探測，在頂板方向仍存在一定的探測盲區。

發明內容

針對上述現有技術存在的問題，本發明提供一種多層采空區地面-巷道瞬變電磁探測方法，能夠無盲區的對整個礦區的多層采空區積水層位進行識別，并有效的劃分頂底板的界限，為煤礦的安全生產提供保障。

為了實現上述目的，本發明采用的技術方案是：該多層采空區地面-巷道瞬變電磁探測方法，主要包括數據采集和數據處理過程。其具體實現步驟為：

1、在地面鋪設大的發射線圈向地下發射電磁信號，在井下工作面巷道上下順槽、切眼及聯絡巷等工作位置處通過布設三分量接收探頭對數據進行采集并通過井下數據采集站及數據傳輸系統將數據傳至地面總控制臺；

2、數據處理，通過數據的初步處理、數據的視電阻率轉換、數據的成圖顯示和數據對比，得出分析結果；

3、對礦區內各個采空區在垂直和水平方向上的邊界進行劃分，并對工作面回采過程實現動態監測并進行預警預報。

其中數據采集過程包括以下部分：

(1)中央總控制臺與信號傳輸系統的設置：中央總控制臺與信號傳輸系統設置于地面，中央總控制臺用于總體的宏觀調度與維護，信號傳輸系統用于傳輸中央總控制臺發出的訊息，中央總控制臺通過信號傳輸系統，對地面信號發射線圈、地下信號三分量接收探頭進行控制；

(2)地面信號發射線圈的布設：地面信號發射線圈設置在礦區的地平面上，利用礦區地面的高壓電線桿進行布設，使地面信號發射線圈覆蓋整個礦區，通過中央總控制臺進行控制，使地面信號發射線圈產生電磁信號，在整個礦區向地下發射一次場；

(3)地下信號三分量接收探頭的布設：地下信號三分量接收探頭分別設置于不同水平的工作面巷道上下兩順槽、開切眼、聯絡巷等位置，相鄰兩個地下信號接收探頭之間距離為5～30米，由此可以實現高精度探測，三分量接收探頭可以同時接收三個方向的信號，由此不僅可以對探頭所在水平的上部、下部采空區進行探測并進行縱向分層和劃分橫向延展情況，同時還可以對探頭所在水平的采空區進行探測并劃分范圍，如頂板、底板、迎頭、工作面內部等。