[發(fā)明專利]一種煤礦井下集中式電磁透視探查方法

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202211077218.8
• 申請(qǐng)日: 2022-09-05
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN115343772A
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-11-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 劉磊;房哲;范濤;邢修舉;李博凡;李宇騰;蔣必辭;田小超
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 中煤科工西安研究院（集團(tuán)）有限公司
• 主分類號(hào): G01V3/30
• 分類號(hào): G01V3/30;G01V3/38
• 代理公司: 西安恒泰知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所 61216
• 代理人: 王孝明

1.一種煤礦井下集中式電磁透視探查方法，其特征在于，該方法具體包括如下步驟：

步驟一，采集電磁波的信號(hào)數(shù)據(jù)；

將多個(gè)電磁接收器(1)串聯(lián)連接在主線纜(2)上后，將電磁接收器(1)布置在待探查區(qū)域的接收點(diǎn)(3)處，然后在待探查區(qū)域的發(fā)射點(diǎn)(4)處布置電磁發(fā)射器；采用電磁發(fā)射器發(fā)射電磁波(5)，采用電磁接收器(1)接收經(jīng)過(guò)待探查區(qū)域后的電磁波，電磁波在電磁接收器(1)中轉(zhuǎn)化為電磁波的信號(hào)數(shù)據(jù)后，經(jīng)由主線纜(2)傳輸至主機(jī)中；

步驟二，獲得原始數(shù)據(jù)文件；

步驟一中獲得的電磁波的信號(hào)數(shù)據(jù)的編碼結(jié)構(gòu)中包括電磁接收器(1)的編號(hào)和電磁接收器(1)接收到的信號(hào)強(qiáng)度，采用主機(jī)對(duì)電磁波的信號(hào)數(shù)據(jù)進(jìn)行解編后，獲得原始數(shù)據(jù)；

步驟三，獲得待探查區(qū)域的初步異常區(qū)域分布范圍圖；

根據(jù)待探查區(qū)域的具體幾何形狀繪制探查區(qū)網(wǎng)格，所述的探查區(qū)網(wǎng)格包括若干個(gè)小方格單元；對(duì)步驟二中獲得原始數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，獲得電磁波射線數(shù)據(jù)；再根據(jù)電磁波射線數(shù)據(jù)，采用CT成像方法，在探查區(qū)網(wǎng)格上繪制待探查區(qū)域的初步異常區(qū)域分布范圍圖；

步驟四，確定最終異常區(qū)；

步驟4.1，獲得初步異常區(qū)內(nèi)某一個(gè)小方格單元內(nèi)的衰減系數(shù)頻數(shù)分布；

根據(jù)步驟三獲得的待探查區(qū)域的初步異常區(qū)域分布范圍圖，將待探查區(qū)域分為初步異常區(qū)和初步正常區(qū)；若共有T條電磁波射線經(jīng)過(guò)初步異常區(qū)內(nèi)的第j個(gè)小方格單元，則第j個(gè)小方格單元的衰減系數(shù)值的集合如式Ⅵ所示：

式中：

表示第T條電磁波射線分配給第j個(gè)小方格單元的衰減系數(shù)值；

T表示經(jīng)過(guò)第j個(gè)小方格單元的電磁波射線的數(shù)目；

根據(jù)獲得的初步異常區(qū)內(nèi)某一個(gè)小方格單元的衰減系數(shù)值的集合，獲得初步異常區(qū)內(nèi)某一個(gè)小方格單元內(nèi)的衰減系數(shù)頻數(shù)分布；

步驟4.2，判定并獲得最終正常區(qū)和最終異常區(qū)；

根據(jù)步驟4.1獲得的初步異常區(qū)內(nèi)某一個(gè)小方格單元內(nèi)的衰減系數(shù)頻數(shù)分布，設(shè)定衰減系數(shù)判斷閾值X和衰減系數(shù)頻率判斷閾值Y；統(tǒng)計(jì)出某一個(gè)小方格單元內(nèi)，分配給該小方格單元的衰減系數(shù)值小于X的電磁波射線的數(shù)目，記為A；

若A與經(jīng)過(guò)該小方格單元的電磁波射線的總數(shù)的比值大于Y，則將該小方格單元判定為最終正常區(qū)；若A與經(jīng)過(guò)該小方格單元的電磁波的總數(shù)的比值小于Y，則將該小方格單元判定為最終異常區(qū)；

步驟4.3，獲得待探查區(qū)域的最終異常區(qū)域分布范圍圖；

完成步驟4.2后再次進(jìn)行CT成像，獲得待探查區(qū)域的最終異常區(qū)域分布范圍圖，所述的待探查區(qū)域的最終異常區(qū)域分布范圍圖中包括步驟4.2中判定的最終異常區(qū)。

2.如權(quán)利要求1所述的煤礦井下集中式電磁透視探查方法，其特征在于，步驟二中，電磁波的信號(hào)數(shù)據(jù)的編碼結(jié)構(gòu)采用20位長(zhǎng)度的二進(jìn)制編碼結(jié)構(gòu)。

3.如權(quán)利要求1所述的煤礦井下集中式電磁透視探查方法，其特征在于，步驟三中，所述的電磁波射線數(shù)據(jù)包括小方格單元的衰減系數(shù)平均值，獲得所述的小方格單元的衰減系數(shù)平均值的過(guò)程為：

步驟3.1，獲得任意一條電磁波射線的總衰減系數(shù)值；

根據(jù)電磁波在有耗介質(zhì)中的衰減公式Ⅰ推導(dǎo)獲得式Ⅱ；將發(fā)射點(diǎn)處發(fā)射出的信號(hào)強(qiáng)度值、接收點(diǎn)接收到的信號(hào)強(qiáng)度值以及發(fā)射點(diǎn)和接收點(diǎn)之間的距離代入式Ⅱ中，即能夠得到任意一條電磁波射線的總衰減系數(shù)值；所述的公式Ⅰ如下所示：

式中：

H₀表示發(fā)射點(diǎn)處發(fā)射出的信號(hào)強(qiáng)度值；

H₁表示接收點(diǎn)接收到的信號(hào)強(qiáng)度值；

r表示發(fā)射點(diǎn)和接收點(diǎn)之間的距離；

β表示任意一條電磁波射線的總衰減系數(shù)值；

對(duì)公式Ⅰ進(jìn)行等效的數(shù)學(xué)變換后，得到式Ⅱ：

步驟3.2，獲得任意一條電磁波射線在某一個(gè)小方格單元內(nèi)的長(zhǎng)度；

若經(jīng)過(guò)某一個(gè)小方格單元的某一條電磁波射線的總長(zhǎng)度為L(zhǎng)，該條電磁波射線總共經(jīng)過(guò)了M個(gè)小方格單元，根據(jù)式Ⅲ能夠獲得任意一條電磁波射線在某一個(gè)小方格單元內(nèi)的長(zhǎng)度；所述的式Ⅲ如下所示：

L＝L₁+L₂+L₃+...L_M 式Ⅲ；

式中：

L表示電磁波射線的總長(zhǎng)度；

L_M表示電磁波射線在第M個(gè)小方格單元內(nèi)的長(zhǎng)度；

步驟3.3，獲得任意一條電磁波射線分配給某一個(gè)小方格單元的衰減系數(shù)值；

將步驟3.1獲得的任意一條電磁波射線的總衰減系數(shù)值，以及步驟3.2獲得的該條電磁波射線在某一個(gè)小方格單元內(nèi)的長(zhǎng)度代入式Ⅳ中，即能夠獲得該條電磁波射線分配給該小方格單元的衰減系數(shù)值；所述的式Ⅳ如下所示：

式中：

表示第k條電磁波射線分配給第i個(gè)小方格單元的衰減系數(shù)值；

L_i表示第k條電磁波射線在第i個(gè)小方格單元內(nèi)的長(zhǎng)度；

β_k表示第k條電磁波射線的總衰減系數(shù)值；

步驟3.4，獲得小方格單元的衰減系數(shù)平均值；

將步驟3.3獲得的任意一條電磁波射線分配給某一個(gè)小方格單元的衰減系數(shù)值代入式Ⅴ中，即能夠獲得該小方格單元的衰減系數(shù)平均值；所述的式Ⅴ如下所示：

式中：

β_i表示第i個(gè)小方格單元的衰減系數(shù)平均值；

表示第N條電磁波射線分配給第i個(gè)小方格單元的衰減系數(shù)值；

N表示經(jīng)過(guò)第i個(gè)小方格單元的電磁波射線的數(shù)目。