專利名稱：一種礦井回采區(qū)災(zāi)害源的地質(zhì)雷達層析探測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及地球物理探測技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及礦井回采區(qū)災(zāi)害源的探測方法。
背景技術(shù)：
隨著煤炭開采深度增加，礦井地質(zhì)條件也變得越來越復(fù)雜，水和瓦斯是危害煤礦安全生產(chǎn)的主要介質(zhì)。在綜采設(shè)備安裝或開采前，探測回采區(qū)災(zāi)害源的空間位置和特征屬性，是保障工作面持續(xù)開采的重點工作?，F(xiàn)代化煤礦回采區(qū)巷道之間的垂直距離往往大于200米，有的開采區(qū)甚至超過400米，并且回采區(qū)的災(zāi)害源及不良地質(zhì)體的范圍通常較小，需要較高的探測精度和較強的識別能力。但是目前還沒有一種方法能夠都滿足礦井回采區(qū)災(zāi)害源探測對施工難度、準確率和探測距離的需求。目前用于回采區(qū)災(zāi)害源的探測方法主要有鉆探、直流電法勘探、礦井瞬變電磁法和地質(zhì)雷達等。鉆探方法準確，但速度慢、成本高，難以圈定富水區(qū)范圍，且打鉆時存在危險；直流電法勘探是以 煤、巖層的導(dǎo)電性差異為基礎(chǔ)，通過人工向地下供入穩(wěn)定電流，觀測大地電流場的分布規(guī)律，從而確定巖、礦體物性的分布規(guī)律或地質(zhì)構(gòu)造的特征，但井下勘探屬于全空間范疇，體積效應(yīng)大，且探測有效范圍較小，對遠離巷道的工作面中間部分無能為力，導(dǎo)致難以滿足礦井需求；礦井瞬變電磁法在發(fā)射線圈中通入階躍電流，利用接收線圈測量感應(yīng)二次場，根據(jù)接收到的二次場的感應(yīng)電動勢隨時間的變化特征，確定探測范圍內(nèi)介質(zhì)的電磁性質(zhì)變化規(guī)律，通過進一步的數(shù)據(jù)解釋處理得知探測方向的地質(zhì)情況，但探測的有效距離為100米左右；地質(zhì)雷達是一種快速、無損、準確的地球物理探測技術(shù)，目前廣泛使用的是反射波探測法，基于地下介質(zhì)的介電常數(shù)的差異，利用高頻電磁脈沖波的反射探測目標體及地質(zhì)現(xiàn)象，該方法在礦井巷道側(cè)壁松動圈和底板含水區(qū)探測效果明顯，但探測距離一般限制在30米左右。通過以上分析可以看出，目前的物探方法均不能用于探測現(xiàn)代化煤礦回采區(qū)的災(zāi)吾源。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種礦井回采區(qū)災(zāi)害源的地質(zhì)雷達層析探測方法，以實現(xiàn)在現(xiàn)代化煤礦回采區(qū)對災(zāi)害源的探測，滿足礦井回采區(qū)災(zāi)害源探測對施工難度、準確率和探測距離的需求。本發(fā)明是通過以下步驟來實現(xiàn)的:a、確定發(fā)射點、接收點位置:沿探測區(qū)域兩側(cè)的巷道布置兩條長度、高度均相等，且長度不超過400米的測線，測線距地高度一般為煤層高度的1/4 3/4 ;將每一條測線等距劃分為k段，每段的邊長即為探測精度D，D的最小值為探測剖面沿回采方向長度的1/100，D的最大值不應(yīng)超過10米；選取兩測線中任一測線布置發(fā)射點Tri, i = 1,2,…，k，發(fā)射點位置在該測線中各個段的中點；在另一測線上按相同方法布設(shè)接收點Rei, i = 1，2，…，k，接收點與發(fā)射點個數(shù)相同、位置對稱；
b、對兩條測線間的探測剖面進行地質(zhì)雷達層析探測:將地質(zhì)雷達的發(fā)射天線置于發(fā)射點Tr1，接收天線置于接收點Re1，采集第一道射線的走時數(shù)據(jù)tn，發(fā)射天線不動，沿回采方向移動接收天線，在每個接收點采集與Tr1對應(yīng)射線的走時數(shù)據(jù)tlj;其中j表示接收點的編號，j = 1,2,…，k;移動發(fā)射天線置于發(fā)射點Tr2，重復(fù)以上過程，得到與發(fā)射點Tr2對應(yīng)的數(shù)據(jù)t2p ;依次類推，在各個發(fā)射點重復(fù)上述過程，共采集k2道射線的走時數(shù)據(jù)，得到發(fā)射天線到接收天線的走時向量T = (tn, t12,…，t21,t22,…，tm)T;C、對探測剖面進行網(wǎng)格劃分:為了將整個區(qū)域的波速分布離散化，轉(zhuǎn)化為求取每個網(wǎng)格的波速值，在以兩個測線為對邊的長方形內(nèi)以邊長D繪制正方形網(wǎng)格，一共有η個網(wǎng)格，并且各發(fā)射點與接收點均位于其所在網(wǎng)格的所在邊的中點，每一條射線從發(fā)射點到接收點的走時即為該射線在其經(jīng)過的各個網(wǎng)格的走時之和；對網(wǎng)格進行編號，以Tr1所在網(wǎng)格為起始，編號為I，然后以Tr1至Re1所在直線為行，以Tr1至Trk為列，逐行依次編號，至Rek所在網(wǎng)格為止；d、構(gòu)造波速層析的反演方程組:計算每一道射線落在各個網(wǎng)格內(nèi)的長度，每一條射線從發(fā)射點到接收點的總路程即為該射線在其經(jīng)過的各個網(wǎng)格的長度之和，每一道射線的數(shù)據(jù)組成一個行向量，共k2個行向量，構(gòu)成系數(shù)矩陣L ;待求解的向量S為每個網(wǎng)格中介質(zhì)的電磁波波速平均值的倒數(shù)，T為步驟b中采集到的走時向量，由此構(gòu)造出波速層析的反演方程組LS = T:
權(quán)利要求
1.一種礦井回采區(qū)災(zāi)害源的地質(zhì)雷達層析探測方法，其特征在于，所述方法包含如下步驟: a、確定發(fā)射點、接收點位置:沿探測區(qū)域兩側(cè)的巷道布置兩條長度、高度均相等，且長度不超過400米的測線，測線距巷道地面高度一般為煤層高度的1/4 .3/4 ;將每一條測線等距劃分為k段，每段的長度即為探測精度D，D的最小值為探測剖面沿回采方向長度的1/100，D的最大值不應(yīng)超過10米；選取兩測線中任一測線布置發(fā)射點Tri, i = 1,2,…，k，發(fā)射點位置在該測線中各個段的中點；在另一測線上按相同方法布設(shè)接收點Rei, i = 1，.2，…，k，接收點與發(fā)射點個數(shù)相同、位置對稱； b、對兩條測線間的探測剖面進行地質(zhì)雷達層析探測:將地質(zhì)雷達的發(fā)射天線置于發(fā)射點Tr1，接收天線置于接收點Re1，采集第一道射線的走時數(shù)據(jù)tn，發(fā)射天線不動，沿回采方向移動接收天線，在每個接收點采集與Tr1對應(yīng)射線的走時數(shù)據(jù)tlj;其中j表示接收點的編號，j = 1,2,…，k;移動發(fā)射天線置于發(fā)射點Tr2，重復(fù)以上過程，得到與發(fā)射點Tr2對應(yīng)的數(shù)據(jù)t2p ;依次類推，在各個發(fā)射點重復(fù)上述過程，共采集k2道電磁波射線的走時數(shù)據(jù)，得到發(fā)射天線到接收天線的走時向量T = (tn, t12,…，t21,t22,…，tm)T; C、對探測剖面進行網(wǎng)格劃分:為了將整個區(qū)域的波速分布離散化，轉(zhuǎn)化為求取每個網(wǎng)格的波速值，在以兩個測線為對邊的長方形內(nèi)以邊長D繪制正方形網(wǎng)格，一共有η個網(wǎng)格，并且各發(fā)射點與接收點均位于其所在網(wǎng)格的所在邊的中點，每一條射線從發(fā)射點到接收點的走時即為該射線在其經(jīng)過的各個網(wǎng)格的走時之和；對網(wǎng)格進行編號，以Tr1所在網(wǎng)格為起始，編號為I，然后以Tr1至Re1所在直線為行，以Tr1至Trk為列，逐行依次編號，至Rek所在網(wǎng)格為止； d、構(gòu)造波速層析的反演方程組:計算每一道射線在各個網(wǎng)格內(nèi)的長度，每一條射線從發(fā)射點到接收點的總路程即為該射線在其經(jīng)過的各個網(wǎng)格的長度之和，每一道射線的數(shù)據(jù)組成一個行向量，共k2個行向量，構(gòu)成系數(shù)矩陣L ;待求解的向量S為每個網(wǎng)格中介質(zhì)的電磁波波速平均值的倒數(shù)，T為步驟b中采集到的走時向量，由此構(gòu)造出波速層析的反演方程組 LS = T:
全文摘要
本發(fā)明涉及一種礦井回采區(qū)災(zāi)害源的地質(zhì)雷達層析探測方法，屬于地球物理探測技術(shù)領(lǐng)域，該方法包括確定發(fā)射點、接收點位置；對選定的探測剖面進行地質(zhì)雷達層析探測；對剖面進行網(wǎng)格劃分；構(gòu)造波速層析的反演方程組；確定探測剖面的波速分布；做出探測剖面波速分布的等值線圖，識別災(zāi)害源的空間位置和特征屬性。本發(fā)明實現(xiàn)了快速、準確、無損地探測現(xiàn)代化礦井回采區(qū)的災(zāi)害源信息，對井下的安全開采具有指導(dǎo)作用。
文檔編號G01V3/38GK103245977SQ20131017902
公開日2013年8月14日 申請日期2013年5月15日 優(yōu)先權(quán)日2013年5月15日
發(fā)明者楊峰, 杜翠, 許獻磊, 彭猛 申請人:中國礦業(yè)大學(xué)(北京), 楊峰, 杜翠, 許獻磊, 彭猛