本發(fā)明涉及煤炭綜采工作面的探測(cè)技術(shù)，更具體涉及一種補(bǔ)平場(chǎng)強(qiáng)的測(cè)定方法及成圖系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

在工作面探測(cè)中，無(wú)線電波透視因儀器輕便、數(shù)據(jù)采集方便迅速、所需人員較少、透視距離較大、探測(cè)效果顯著，成為綜采工作面有效的物探方法之一，為最普遍采用的工作面地質(zhì)異常物探手段。

無(wú)線電波透視資料解釋主要參數(shù)為實(shí)測(cè)場(chǎng)強(qiáng)值。對(duì)于實(shí)測(cè)場(chǎng)強(qiáng)值，傳統(tǒng)的解釋方法主要是通過(guò)實(shí)測(cè)場(chǎng)強(qiáng)曲線變化來(lái)判斷異常的覆蓋范圍，通常是利用直尺等工具在紙質(zhì)采掘平面圖上進(jìn)行幾何交會(huì)法分析，得出異常區(qū)范圍。這種方法在煤礦上曾普遍使用。但是該方法分析過(guò)程繁瑣，需要手工繪制，不適合計(jì)算機(jī)處理，特別對(duì)實(shí)測(cè)場(chǎng)強(qiáng)值存在跳躍性變化的時(shí)候，主觀隨意性較大，難以準(zhǔn)確判斷異常范圍。因此，如何利用實(shí)測(cè)場(chǎng)強(qiáng)值作出平面圖，直觀的體現(xiàn)工作面內(nèi)地質(zhì)異常區(qū)范圍，以達(dá)到較為準(zhǔn)確預(yù)報(bào)地質(zhì)異常，對(duì)安全生產(chǎn)具有重要的指導(dǎo)意義。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于提供了一種提高了坑透異常區(qū)劃分的準(zhǔn)確性，為煤礦的安全生產(chǎn)提供了保障的補(bǔ)平場(chǎng)強(qiáng)測(cè)定方法以及成圖系統(tǒng)。

本發(fā)明是通過(guò)以下技術(shù)方案解決上述技術(shù)問(wèn)題的：一種測(cè)定工作面各區(qū)域的補(bǔ)平場(chǎng)強(qiáng)的方法，其具體步驟如下：

假設(shè)一工作面地質(zhì)條件理想，無(wú)地質(zhì)異常，煤厚變化較小，對(duì)于這樣的工作面可認(rèn)為β為一定值，任一發(fā)射點(diǎn)對(duì)應(yīng)實(shí)測(cè)場(chǎng)強(qiáng)最大值觀測(cè)位置為發(fā)射點(diǎn)垂線所在位置o，對(duì)應(yīng)的實(shí)測(cè)場(chǎng)強(qiáng)值為h1，其接收點(diǎn)o到發(fā)射點(diǎn)a直線距離為r1，對(duì)于風(fēng)巷和機(jī)巷平行的工作面，r1通常為工作面寬度，則有：

接收段任一接收點(diǎn)b到o點(diǎn)的偏移距ob通?！芙邮斩尉嚯x的1/2，到發(fā)射點(diǎn)a直線距離為ri，對(duì)應(yīng)的實(shí)測(cè)場(chǎng)強(qiáng)值為hi，則有：

由式(1)和式(2)相比可得：

式(3)中我們稱(chēng)之為“補(bǔ)償因子”，稱(chēng)之為補(bǔ)償場(chǎng)強(qiáng)hbc，由式(3)可得：

在用補(bǔ)平場(chǎng)強(qiáng)成像時(shí)，把無(wú)線電波透視工作面沿橫向縱向劃分成有不同補(bǔ)平場(chǎng)強(qiáng)值hxy的若干小單元格，每一單元格內(nèi)補(bǔ)平場(chǎng)強(qiáng)值hxy為通過(guò)該單元格所有路徑的補(bǔ)償場(chǎng)強(qiáng)hbc的平均值，如下式所示：

式(5)中n表示通過(guò)某單元格(像元)的路徑數(shù)量，hbci為第i條路徑的補(bǔ)償場(chǎng)強(qiáng)。在無(wú)異常工作面段選取多個(gè)路徑通過(guò)式(4)計(jì)算出多個(gè)吸收系數(shù)β，取平均值β，選取一基準(zhǔn)路徑r代替式(3)中的r1，已知β、r1通過(guò)式(3)計(jì)算出單個(gè)網(wǎng)格里單個(gè)路徑的補(bǔ)償場(chǎng)強(qiáng)hbc，再通過(guò)式(5)計(jì)算出單個(gè)網(wǎng)格的補(bǔ)平場(chǎng)強(qiáng)值hxy，以此類(lèi)推，計(jì)算出工作面內(nèi)所有網(wǎng)格的補(bǔ)平場(chǎng)強(qiáng)值hxy。

本發(fā)明還提供了一種成像系統(tǒng)，包括場(chǎng)強(qiáng)測(cè)定模塊以及成像模塊，所述場(chǎng)強(qiáng)測(cè)定模塊用來(lái)測(cè)定工作面各區(qū)域的補(bǔ)平場(chǎng)強(qiáng)，所述成像模塊，根據(jù)場(chǎng)強(qiáng)測(cè)定模塊測(cè)定的補(bǔ)平場(chǎng)強(qiáng)制作圖像，所述測(cè)定工作面各區(qū)域的補(bǔ)平場(chǎng)強(qiáng)的具體步驟如上述方案所述。

所述圖像為工作面內(nèi)所有網(wǎng)格的補(bǔ)平場(chǎng)強(qiáng)值的等值線圖，

所述圖像是通過(guò)sufer軟件制作。

本發(fā)明相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)明用于煤礦工作面無(wú)線電波透視成圖解釋。成圖系統(tǒng)所得的成果圖能直觀的反映工作面各區(qū)域補(bǔ)平場(chǎng)強(qiáng)值的變化，與實(shí)測(cè)場(chǎng)強(qiáng)曲線圖的所反映的實(shí)測(cè)場(chǎng)強(qiáng)值變化一致，從而方便技術(shù)人員來(lái)分析被探測(cè)工作面內(nèi)地質(zhì)異常賦存情況。

在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，將該成像圖粘貼到回采工作面電子圖上，可以方便的進(jìn)行地質(zhì)異常區(qū)的解釋和圈定。該成像圖可以得到類(lèi)似于平面交匯法的解釋效果，但是又避免了人為的主觀因素，所得結(jié)果更為直觀可靠，解釋效率大大提高，該系統(tǒng)的使用提高了坑透異常區(qū)劃分的準(zhǔn)確性。

并且本發(fā)明操作方便、簡(jiǎn)單，

附圖說(shuō)明

圖1為無(wú)線電波坑道透視定點(diǎn)法發(fā)射與接收范圍示意圖；

圖2為工作面網(wǎng)格化圖；

圖3為單元格補(bǔ)平場(chǎng)強(qiáng)值hxy計(jì)算示意圖；

圖4為補(bǔ)平場(chǎng)強(qiáng)成像示意圖；

圖5為采用實(shí)測(cè)場(chǎng)強(qiáng)補(bǔ)償法得到的工作面網(wǎng)格化數(shù)據(jù)截圖。

具體實(shí)施方式

下面對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說(shuō)明，本實(shí)施例在以本發(fā)明技術(shù)方案為前提下進(jìn)行實(shí)施，給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過(guò)程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。

井下觀測(cè)方法有同步法和定點(diǎn)法兩種方式。同步法效率低，較少采用，坑透工作通常采用定點(diǎn)法。定點(diǎn)法是發(fā)射機(jī)相對(duì)固定于某巷道事先確定好的發(fā)射點(diǎn)位置上，接收機(jī)在相鄰巷道一定范圍內(nèi)逐點(diǎn)沿巷道觀測(cè)場(chǎng)強(qiáng)值。接收點(diǎn)距一般為10m，發(fā)射點(diǎn)距據(jù)工作面寬度以及構(gòu)造復(fù)雜情況，可適當(dāng)調(diào)整，通常為50～80m。對(duì)于工作面寬150m以下，通常的設(shè)計(jì)為發(fā)射點(diǎn)距50m，接收段長(zhǎng)100m，而對(duì)于工作面寬在150m以上的，通常設(shè)計(jì)發(fā)射點(diǎn)距80m，接收段長(zhǎng)160m。對(duì)于地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜地段，適當(dāng)加密發(fā)射點(diǎn)數(shù)，確保有足夠射線覆蓋，保證透視成像質(zhì)量。定點(diǎn)法如圖1所示。

該實(shí)施例中采用的無(wú)線電波透視儀器為wkt—e型，生產(chǎn)廠家為煤炭科學(xué)研究總院重慶分院，工作頻率有0.3、0.5、1.5mhz。

工作面無(wú)線電波透視法采用偶極子天線發(fā)射，在介質(zhì)中任意點(diǎn)的磁場(chǎng)表達(dá)式可表示為：

式中：h0為決定于發(fā)射功率和天線周?chē)橘|(zhì)的初始場(chǎng)強(qiáng)，β為介質(zhì)對(duì)電磁波

能量的吸收系數(shù)，r為觀測(cè)點(diǎn)到輻射源的直線距離，sinθ為方向性因子。

由于θ為發(fā)射天線軸與接收點(diǎn)方向間的夾角，現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)時(shí)，發(fā)射天線軸采用垂向布置，與對(duì)面巷道接收點(diǎn)的夾角，對(duì)于水平煤層來(lái)說(shuō)，θ始終為90°，對(duì)于傾斜煤層來(lái)說(shuō)，發(fā)射點(diǎn)與接收點(diǎn)連線的傾角相當(dāng)于煤層的偽傾角，θ為90°與偽傾角只差，在偏心角α≤30°的條件下，由于偽傾角變化很小，θ值可近似為常數(shù)。因此，對(duì)同一接收巷道中實(shí)測(cè)場(chǎng)強(qiáng)值來(lái)說(shuō)，sinθ可視為常數(shù)，因此上式可簡(jiǎn)化為：

本發(fā)明提供的補(bǔ)平場(chǎng)強(qiáng)成像系統(tǒng)包括場(chǎng)強(qiáng)測(cè)定模塊以及成像模塊，所述場(chǎng)強(qiáng)測(cè)定模塊用來(lái)測(cè)定工作面各區(qū)域的補(bǔ)平場(chǎng)強(qiáng)，所述成像模塊，根據(jù)場(chǎng)強(qiáng)測(cè)定模塊測(cè)定的補(bǔ)平場(chǎng)強(qiáng)制作補(bǔ)平場(chǎng)強(qiáng)值的等值線圖。

所述測(cè)定工作面各區(qū)域的補(bǔ)平場(chǎng)強(qiáng)的具體步驟如下：

假設(shè)一工作面地質(zhì)條件理想，無(wú)地質(zhì)異常，煤厚變化較小，對(duì)于這樣的工作面可認(rèn)為β為一定值，任一發(fā)射點(diǎn)對(duì)應(yīng)實(shí)測(cè)場(chǎng)強(qiáng)最大值觀測(cè)位置為發(fā)射點(diǎn)垂線所在位置o，對(duì)應(yīng)的實(shí)測(cè)場(chǎng)強(qiáng)值為h1，其接收點(diǎn)o到發(fā)射點(diǎn)a直線距離為r1，見(jiàn)圖1，對(duì)于風(fēng)巷和機(jī)巷平行的工作面，r1通常為工作面寬度，則有：

接收段任一接收點(diǎn)b到o點(diǎn)的偏移距ob通?！芙邮斩尉嚯x的1/2，到發(fā)射點(diǎn)a直線距離為ri，對(duì)應(yīng)的實(shí)測(cè)場(chǎng)強(qiáng)值為hi，則有：

由式(1)和式(2)相比可得：

式(3)中我們稱(chēng)之為“補(bǔ)償因子”，稱(chēng)之為補(bǔ)償場(chǎng)強(qiáng)hbc。由式(3)可得：

在用補(bǔ)平場(chǎng)強(qiáng)成像時(shí)，把無(wú)線電波透視工作面沿橫向縱向劃分成有不同補(bǔ)平場(chǎng)強(qiáng)值hxy的若干小單元格(像元)，如圖2所示。每一單元格內(nèi)補(bǔ)平場(chǎng)強(qiáng)值hxy為通過(guò)該單元格所有路徑的補(bǔ)償場(chǎng)強(qiáng)hbc的平均值，如下式所示：

式(5)中n表示通過(guò)某單元格(像元)的路徑數(shù)量，hbci為第i條路徑的補(bǔ)償場(chǎng)強(qiáng)。在無(wú)異常工作面段選取多個(gè)路徑通過(guò)式(4)計(jì)算出多個(gè)吸收系數(shù)β，取平均值β，選取一基準(zhǔn)路徑r代替式(3)中的r1，已知β、r1通過(guò)式(3)計(jì)算出單個(gè)網(wǎng)格里單個(gè)路徑的補(bǔ)償場(chǎng)強(qiáng)hbc，再通過(guò)式(5)計(jì)算出單個(gè)網(wǎng)格的補(bǔ)平場(chǎng)強(qiáng)值hxy，以此類(lèi)推，計(jì)算出工作面內(nèi)所有網(wǎng)格的補(bǔ)平場(chǎng)強(qiáng)值hxy，如圖3所示。

在地質(zhì)異常存在的范圍，由于實(shí)測(cè)場(chǎng)強(qiáng)值降低，因此其補(bǔ)平場(chǎng)強(qiáng)值hxy值也降低，在無(wú)異常工作面段，實(shí)測(cè)場(chǎng)強(qiáng)值高，補(bǔ)平場(chǎng)強(qiáng)hxy值也高。從而能直觀地反映工作面內(nèi)地質(zhì)異常的分布位置。

工作面內(nèi)每個(gè)網(wǎng)格的補(bǔ)平場(chǎng)強(qiáng)hxy獲得后，再通過(guò)sufer軟件得到hxy值等值線圖，該圖能直觀的反映工作面各區(qū)域hxy值的變化，從而方便技術(shù)人員來(lái)分析被探測(cè)工作面內(nèi)地質(zhì)異常賦存情況，該補(bǔ)償成像圖可以得到類(lèi)似于平面交匯法的解釋效果，但是又避免了人為的主觀因素，所得結(jié)果更為直觀可靠，解釋效率大大提高，如圖4所示。

上述場(chǎng)強(qiáng)補(bǔ)償法成圖效果檢驗(yàn)如下所述。

淮南礦業(yè)集團(tuán)謝橋礦11326工作面，該面走向長(zhǎng)1520m，傾斜長(zhǎng)210m，采用無(wú)線電波透視技術(shù)進(jìn)行工作面內(nèi)地質(zhì)構(gòu)造探查。探測(cè)儀器為wkt—e型坑透儀，探測(cè)頻率為0.3mhz，發(fā)射點(diǎn)距80m，接收點(diǎn)距10m，每條巷道布置19個(gè)發(fā)射點(diǎn)，數(shù)據(jù)處理采用本文所述的場(chǎng)強(qiáng)補(bǔ)償法。如圖5所示，該圖為采用場(chǎng)強(qiáng)補(bǔ)償法得到的工作面網(wǎng)格化數(shù)據(jù)。在補(bǔ)償成像圖上(圖4)清楚的反映有2段煤層存在低場(chǎng)強(qiáng)值特征，對(duì)應(yīng)了地質(zhì)異常的平面分布特征，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，將該補(bǔ)償成像圖粘貼到回采工作面電子圖上，可以方便的進(jìn)行地質(zhì)異常區(qū)的解釋和圈定。結(jié)合巷道實(shí)際揭露情況，可以看到這2個(gè)低值異常區(qū)均為斷層影響區(qū)，工作面內(nèi)無(wú)其它顯著地質(zhì)異常區(qū)，目前該工作面探測(cè)范圍已經(jīng)回采，結(jié)果表明，工作面內(nèi)這2個(gè)低值異常區(qū)均存在，為斷層影響區(qū)。該工作面探測(cè)結(jié)果與實(shí)際回采較為吻合，說(shuō)明該成圖系統(tǒng)可以應(yīng)用于實(shí)際探測(cè)，可以直觀、準(zhǔn)確地反映地質(zhì)異常，為工作面提供較為準(zhǔn)確的地質(zhì)預(yù)報(bào)。

該成圖系統(tǒng)效果直觀，層次分明，操作方便、簡(jiǎn)單，大大提高了坑透解釋效率，在以后的坑透解釋中完全可以獨(dú)立使用，為企業(yè)節(jié)約了大量的經(jīng)濟(jì)成本，創(chuàng)造了效益。該系統(tǒng)的使用提高了坑透異常區(qū)劃分的準(zhǔn)確性，為煤礦的安全生產(chǎn)提供了保障。

通過(guò)查閱資料，以及與同行交流獲知，行業(yè)內(nèi)普遍采用落后的ct成像圖，ct成像圖不直觀，異常區(qū)難以準(zhǔn)確劃分，因此本系統(tǒng)完全是行業(yè)首創(chuàng)。

以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。