[發(fā)明專利]一種多層采空區(qū)地面-巷道瞬變電磁探測(cè)方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201410837777.3
• 申請(qǐng)日: 2014-12-29
• 公開（公告）號(hào): CN104597511A
• 公開（公告）日: 2015-05-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 姜志海;劉耀寧;劉樹才;朱寧軍;李毛飛;呂阿談;張兆橋
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
• 主分類號(hào): G01V3/28
• 分類號(hào): G01V3/28;G01V3/38
• 代理公司: 徐州市淮海專利事務(wù)所 32205
• 代理人: 華德明

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種瞬變電磁探測(cè)方法，具體是一種多層采空區(qū)地面-巷道瞬變電磁探測(cè)方法。

背景技術(shù)

采空區(qū)積水是誘發(fā)我國(guó)煤礦特大突水災(zāi)害事故的主要原因之一。煤系是地殼在以沉降運(yùn)動(dòng)為主的振蕩過(guò)程中形成的，大多成層分布，我國(guó)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(qū)成為匯水區(qū)域，以靜儲(chǔ)量為主，水壓力大，一旦掘透，來(lái)勢(shì)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(lái)安全隱患。

近年，我國(guó)煤炭行業(yè)進(jìn)行了資源整合，由于前期盜采或開采的無(wú)序、不合理,許多礦區(qū)在進(jìn)行下部煤層開采時(shí)均面臨上部多層積水采空區(qū)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(wú)從考證。

目前我國(guó)煤礦水文地質(zhì)地球物理探測(cè)技術(shù)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(cè)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(shè)施及探測(cè)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(dá)不到煤礦防治水工作的精細(xì)勘查要求，只能作為煤礦制定采區(qū)防治水規(guī)劃的參考資料。

礦井水文物探技術(shù)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(biāo)體，信號(hào)響應(yīng)強(qiáng)，分辨率較高，但也存在一定不足。對(duì)于直流電法勘探而言，比較突出的是需要一定的測(cè)線長(zhǎng)度，如果可施工巷道長(zhǎng)度有限，則無(wú)法滿足勘探深度的要求；二是當(dāng)巖層破碎且干燥時(shí)，電極與巖層的接觸常常會(huì)帶來(lái)困難；三是當(dāng)工作面較寬時(shí)在工作面頂板上方中間部位容易形成探測(cè)盲區(qū)。礦井音頻電法透視在采煤工作面頂?shù)装鍍?nèi)部的導(dǎo)水構(gòu)造及含水層的富水性探測(cè)，取得了較好的地質(zhì)效果，實(shí)際探測(cè)中也面臨電極布置困難，施工時(shí)必須是準(zhǔn)備回采的工作面,或存在2條順槽(透距<350m)的區(qū)域,主要探查兩順槽間頂板100m高度(或深度)范圍內(nèi)水文異常地質(zhì)體的空間位置，目前仍然存在尚待解決的理論和實(shí)際問(wèn)題，如頻率范圍的選擇、探測(cè)深度的確定、頻率和深度的函數(shù)關(guān)系等問(wèn)題。

礦井瞬變電磁法是近年才發(fā)展起來(lái)的一種井下探測(cè)方法，因其施工方便快捷，對(duì)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(cè)深度有限，當(dāng)上部采空區(qū)距探測(cè)位置較遠(yuǎn)時(shí)無(wú)法達(dá)到理想的探測(cè)深度，同時(shí)盡管通過(guò)改變線圈平面方向可實(shí)現(xiàn)不同方位探測(cè)，在頂板方向仍存在一定的探測(cè)盲區(qū)。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問(wèn)題，本發(fā)明提供一種多層采空區(qū)地面-巷道瞬變電磁探測(cè)方法，能夠無(wú)盲區(qū)的對(duì)整個(gè)礦區(qū)的多層采空區(qū)積水層位進(jìn)行識(shí)別，并有效的劃分頂?shù)装宓慕缦蓿瑸槊旱V的安全生產(chǎn)提供保障。

為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：該多層采空區(qū)地面-巷道瞬變電磁探測(cè)方法，主要包括數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)處理過(guò)程。其具體實(shí)現(xiàn)步驟為：

1、在地面鋪設(shè)大的發(fā)射線圈向地下發(fā)射電磁信號(hào)，在井下工作面巷道上下順槽、切眼及聯(lián)絡(luò)巷等工作位置處通過(guò)布設(shè)三分量接收探頭對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行采集并通過(guò)井下數(shù)據(jù)采集站及數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)將數(shù)據(jù)傳至地面總控制臺(tái)；

2、數(shù)據(jù)處理，通過(guò)數(shù)據(jù)的初步處理、數(shù)據(jù)的視電阻率轉(zhuǎn)換、數(shù)據(jù)的成圖顯示和數(shù)據(jù)對(duì)比，得出分析結(jié)果；

3、對(duì)礦區(qū)內(nèi)各個(gè)采空區(qū)在垂直和水平方向上的邊界進(jìn)行劃分，并對(duì)工作面回采過(guò)程實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)并進(jìn)行預(yù)警預(yù)報(bào)。

其中數(shù)據(jù)采集過(guò)程包括以下部分：

(1)中央總控制臺(tái)與信號(hào)傳輸系統(tǒng)的設(shè)置：中央總控制臺(tái)與信號(hào)傳輸系統(tǒng)設(shè)置于地面，中央總控制臺(tái)用于總體的宏觀調(diào)度與維護(hù)，信號(hào)傳輸系統(tǒng)用于傳輸中央總控制臺(tái)發(fā)出的訊息，中央總控制臺(tái)通過(guò)信號(hào)傳輸系統(tǒng)，對(duì)地面信號(hào)發(fā)射線圈、地下信號(hào)三分量接收探頭進(jìn)行控制；

(2)地面信號(hào)發(fā)射線圈的布設(shè)：地面信號(hào)發(fā)射線圈設(shè)置在礦區(qū)的地平面上，利用礦區(qū)地面的高壓電線桿進(jìn)行布設(shè)，使地面信號(hào)發(fā)射線圈覆蓋整個(gè)礦區(qū)，通過(guò)中央總控制臺(tái)進(jìn)行控制，使地面信號(hào)發(fā)射線圈產(chǎn)生電磁信號(hào)，在整個(gè)礦區(qū)向地下發(fā)射一次場(chǎng)；

(3)地下信號(hào)三分量接收探頭的布設(shè)：地下信號(hào)三分量接收探頭分別設(shè)置于不同水平的工作面巷道上下兩順槽、開切眼、聯(lián)絡(luò)巷等位置，相鄰兩個(gè)地下信號(hào)接收探頭之間距離為5～30米，由此可以實(shí)現(xiàn)高精度探測(cè)，三分量接收探頭可以同時(shí)接收三個(gè)方向的信號(hào)，由此不僅可以對(duì)探頭所在水平的上部、下部采空區(qū)進(jìn)行探測(cè)并進(jìn)行縱向分層和劃分橫向延展情況，同時(shí)還可以對(duì)探頭所在水平的采空區(qū)進(jìn)行探測(cè)并劃分范圍，如頂板、底板、迎頭、工作面內(nèi)部等。