[發(fā)明專利]一種金屬礦采空區(qū)探測(cè)方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201610236151.6
• 申請(qǐng)日: 2016-04-15
• 公開（公告）號(hào): CN105807324B
• 公開（公告）日: 2017-12-29
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 段清明;孟健;王超群;尚芮
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 吉林大學(xué)
• 主分類號(hào): G01V3/10
• 分類號(hào): G01V3/10
• 代理公司: 沈陽維特專利商標(biāo)事務(wù)所(普通合伙)21229
• 代理人: 屈芳

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于地球物理勘探領(lǐng)域，尤其涉及一種金屬礦采空區(qū)探測(cè)方法。

背景技術(shù)

從20世紀(jì)中后期至今，我國基礎(chǔ)建設(shè)不斷開展，對(duì)金屬礦產(chǎn)資源的需求和使用一直處于快速增長階段，目前我國有1萬多座地下金屬礦山，每年產(chǎn)出20多億噸礦石。然而金屬礦產(chǎn)資源開采利用過后，由于地質(zhì)條件的改變形成了大量的采空區(qū)，大量采空區(qū)的存在使礦山開采條件惡化,地下巖體原有的力學(xué)平衡被打破，隨時(shí)可能發(fā)生位移、巖爆等事故；更嚴(yán)重的是采空區(qū)會(huì)被瓦斯、地下水等充填,在未探明情況之前施工存在巨大的安全隱患。因此探測(cè)采空區(qū)一直是資源勘探領(lǐng)域必須面對(duì)的難題。

現(xiàn)階段，國內(nèi)少有針對(duì)金屬礦采空區(qū)的探測(cè)方法，一般是沿用煤礦采空區(qū)傳統(tǒng)的瞬變電磁法。瞬變電磁法是以電磁感應(yīng)原理為基礎(chǔ)，當(dāng)發(fā)射線圈中的發(fā)射電流突然降為零時(shí)，線圈周圍會(huì)感應(yīng)出一次場(chǎng)，一次場(chǎng)傳播過程中會(huì)在地下導(dǎo)電介質(zhì)中產(chǎn)生渦旋電流，渦旋電流在變化過程中會(huì)向地表傳播二次場(chǎng)，通過對(duì)二次場(chǎng)進(jìn)行接收和反演來判斷地質(zhì)異常體。在金屬礦山中，由于地質(zhì)體電阻率低，地下會(huì)形成若干個(gè)不規(guī)則屏蔽層，必須采用大電流設(shè)計(jì)才能將信號(hào)穿透；同時(shí)為了保證采空區(qū)的探測(cè)精度，必須采用小線圈設(shè)計(jì)。小線圈大電流的設(shè)計(jì)必然導(dǎo)致線圈電感量大，這樣就使得發(fā)射電流不能實(shí)現(xiàn)瞬間關(guān)斷而是產(chǎn)生了一段關(guān)斷時(shí)間，這段時(shí)間內(nèi)本就微弱的接收信號(hào)中又混入強(qiáng)發(fā)射信號(hào)，無法進(jìn)行分析反演，稱為死區(qū)時(shí)間。死區(qū)時(shí)間過長使得該部分接收信號(hào)無法被有效利用，進(jìn)而導(dǎo)致采空區(qū)被漏報(bào)。因此需要進(jìn)行重新設(shè)計(jì)才可應(yīng)用于金屬礦山。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題在于提供一種金屬礦采空區(qū)探測(cè)方法,在保證數(shù)據(jù)有效性的前提下可以實(shí)現(xiàn)以最短的死區(qū)時(shí)間完成最大深度的探測(cè)。

一種金屬礦采空區(qū)探測(cè)方法，其特征在于，包括如下的步驟：

a.在測(cè)區(qū)內(nèi)選定測(cè)點(diǎn)，編碼1～n，以1號(hào)測(cè)點(diǎn)為中心在地上鋪設(shè)發(fā)射線圈和接收線圈，二者以重疊回線方式鋪設(shè)；將發(fā)射機(jī)的發(fā)射端口與發(fā)射線圈相連接，接收機(jī)的接收端口與接收線圈相連接，發(fā)射機(jī)的同步端口與接收機(jī)的同步端口之間用同步信號(hào)線相連接；

b.調(diào)節(jié)發(fā)射機(jī)的參數(shù)包括：調(diào)節(jié)發(fā)射電壓V，不同的電壓可以達(dá)到不同的發(fā)射深度；調(diào)節(jié)發(fā)射時(shí)間t1的長度，來控制發(fā)射波形的長短；調(diào)節(jié)延時(shí)時(shí)間t2的長度，該參數(shù)決定著發(fā)射機(jī)能不能在合適的時(shí)間向接收機(jī)發(fā)出同步信號(hào)；調(diào)節(jié)采集時(shí)間t4；調(diào)節(jié)接收機(jī)包括設(shè)定接收信號(hào)的衰減幅度；

c.發(fā)射機(jī)向發(fā)射線圈發(fā)出幅值為V的雙極性矩形脈沖信號(hào)，在地下經(jīng)過一次場(chǎng)到二次場(chǎng)的轉(zhuǎn)變，由接收機(jī)接收到接收線圈中的二次場(chǎng)信號(hào)并進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄和處理，完成單點(diǎn)單電壓等級(jí)的測(cè)量；

d.在1號(hào)點(diǎn)的位置上，改變發(fā)射電壓，重復(fù)上述b-c的過程，完成1號(hào)點(diǎn)的多電壓等級(jí)測(cè)量，再將對(duì)2號(hào)點(diǎn)重復(fù)上述過程，完成2號(hào)點(diǎn)的多電壓等級(jí)測(cè)量，依次完成1～n號(hào)點(diǎn)的多電壓等級(jí)測(cè)量。

e.采集到的數(shù)據(jù)包括時(shí)間與電流繪制成函數(shù)曲線，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理包括：①將1號(hào)點(diǎn)的若干組數(shù)據(jù)分不同時(shí)段進(jìn)行截取，不同的電壓用V1、V2……Vn來表示，V1電壓等級(jí)截取T1段時(shí)間數(shù)據(jù)，V2電壓等級(jí)截取T2段時(shí)間數(shù)據(jù)，至Vn電壓等級(jí)截取Tn段時(shí)間數(shù)據(jù)，將截取后的各段數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化處理，擬合成一條平滑曲線L1；②2號(hào)點(diǎn)的數(shù)據(jù)重復(fù)上述步驟，擬合成一條平滑曲線L2，同樣的，依次完成曲線L1～Ln的擬合；③將曲線L1～Ln在反演平臺(tái)進(jìn)行反演，通過發(fā)現(xiàn)同期數(shù)據(jù)的異常來得出地下采空區(qū)的位置。

進(jìn)一步地，所采用的發(fā)射機(jī)包括：

MCU，為控制核心；

波段開關(guān)組，與所述MCU連接用于進(jìn)行參數(shù)設(shè)置；

儲(chǔ)能電容，與MCU之間通過DC-DC升壓電路連接后通過DC-DC升壓電路對(duì)儲(chǔ)能電容充電至設(shè)置的電壓值；

電壓采集電路，連接在MCU與儲(chǔ)能電容之間，采集儲(chǔ)能電容的電壓值并傳遞至MCU；

IGBT橋路，與所述儲(chǔ)能電容連接，并通過IGBT驅(qū)動(dòng)電路在MCU的控制下通斷使儲(chǔ)能電容向發(fā)射線圈發(fā)射交變雙極性矩形脈沖。

進(jìn)一步地，所采用的接收機(jī)包括：

衰減電路，與接收線圈連接，將接收線圈接收的信號(hào)按照衰減倍數(shù)調(diào)節(jié)；

波段開關(guān)，與所述衰減電路連接設(shè)定接收信號(hào)的衰減幅度；

PC機(jī)，依次通過AD采集電路以及調(diào)理電路與衰減電路連接，信號(hào)經(jīng)調(diào)理電路調(diào)節(jié)后，通過AD采集電路的轉(zhuǎn)換傳遞至PC機(jī)，所述PC機(jī)與發(fā)射機(jī)連接后接收發(fā)射機(jī)發(fā)出的同步信號(hào)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

進(jìn)一步地，步驟a)中通過網(wǎng)格劃分等方法在測(cè)區(qū)內(nèi)選定測(cè)點(diǎn)。