一種不明采空區(qū)探測(cè)裝置與方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于礦井探測(cè)領(lǐng)域，尤其涉及一種不明采空區(qū)探測(cè)裝置與方法。
【背景技術(shù)】
[0002]20世紀(jì)末，我國(guó)礦業(yè)開(kāi)采秩序較為混亂，非法無(wú)序的亂采濫挖在一些礦山及其周邊留下了大量的采空區(qū)。隨著時(shí)間的推移，地下水和瓦斯氣體充填采空區(qū)，一旦挖通就會(huì)造成透水、瓦斯爆炸等礦難。由于地下采空區(qū)具有隱伏性強(qiáng)、空間分布特征規(guī)律性差、采空區(qū)頂板冒落塌陷情況難以預(yù)測(cè)等特點(diǎn)，采空區(qū)引起的煤礦災(zāi)害屢屢發(fā)生，王家?guī)X礦“3.28”特別重大透水事故就是由于挖通采空區(qū)導(dǎo)致巷道被淹。因此，如何勘查地下采空區(qū)的分布范圍、空間形態(tài)特征，一直是工程技術(shù)領(lǐng)域的難題。
[0003]當(dāng)前，地下采空區(qū)的常用探測(cè)方法主要有三維地震法、高密度電法和瞬變電磁法。三維地震法是建立在反射地震理論基礎(chǔ)之上，主要研究水平連續(xù)地層，不適合復(fù)雜、地質(zhì)結(jié)構(gòu)橫向變化大的山區(qū)。在山區(qū)三維地震法難于獲得清楚的地質(zhì)圖像，更難于判斷采空區(qū)的位置。高密度電法和瞬變電磁法對(duì)于有填充的低阻采空區(qū)反應(yīng)靈敏，但是對(duì)于未填充的高阻采空區(qū)極不敏感，對(duì)于這種采空區(qū)往往被漏報(bào)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提出一種不明采空區(qū)探測(cè)裝置與方法。一種不明采空區(qū)探測(cè)裝置包括主控機(jī)、若干個(gè)超聲波檢波器、若干個(gè)機(jī)械震源。主控機(jī)與超聲波檢波器之間通過(guò)線纜連接或無(wú)線通信連接，若干個(gè)超聲波檢波器和若干個(gè)機(jī)械震源布設(shè)在待探測(cè)區(qū)域的一水平線上。
[0005]—種不明采空區(qū)探測(cè)方法的具體步驟如下:
[0006]步驟1、在待探測(cè)區(qū)域內(nèi)沿一水平線依次間隔布設(shè)若干個(gè)超聲波檢波器和若干個(gè)機(jī)械震源，超聲波檢波器之間間隔的距離不大于地震波波長(zhǎng)的1/4，布設(shè)超聲波檢波器總排列長(zhǎng)度不小于地震波波長(zhǎng)；
[0007]步驟2、利用超聲波檢波器采集地下震動(dòng)信息，并發(fā)送至主控機(jī)；
[0008]步驟3、主控機(jī)對(duì)超聲波檢波器采集的地下震動(dòng)信息進(jìn)行數(shù)字化和預(yù)處理，預(yù)處理包括去除噪聲、延時(shí)校正、數(shù)據(jù)增益處理；
[0009]步驟4、濾除地下震動(dòng)信息中的雜波，得到地下采空區(qū)和巖溶的散射波和反射波，計(jì)算得到散射波和反射波的能量分布譜；
[0010]步驟5、對(duì)散射波和反射波進(jìn)行波速掃描，遞進(jìn)改變波速計(jì)算疊加能量，當(dāng)疊加能量取取極值時(shí)對(duì)應(yīng)的波速為最佳波速，確定待探測(cè)區(qū)域不同地段不同深度的最佳波速分布譜；
[0011]步驟6、利用散射波和反射波的能量分布譜和最佳波速分布譜進(jìn)行合成孔徑偏移成像，根據(jù)偏移疊加后的圖像來(lái)識(shí)別地下采空區(qū)和巖溶，若速度低，則代表巖石強(qiáng)度低、巖石破碎程度高，該區(qū)域?yàn)椴煽諈^(qū)或者巖溶區(qū)；若速度高，則代表巖石強(qiáng)度高、巖石堅(jiān)硬、完整度好。
[0012]有益效果:
[0013]本發(fā)明建立在散射理論基礎(chǔ)上，散射波可以有效的發(fā)現(xiàn)孤立的溶洞和采空區(qū)，該方法不僅適合大的連續(xù)界面，也適合于橫向劇烈變化的場(chǎng)合。
【附圖說(shuō)明】
[0014]圖1為本發(fā)明第一實(shí)施例的一種不明采空區(qū)探測(cè)方法流程圖；
[0015]圖2為本發(fā)明第二實(shí)施例的一種不明采空區(qū)探測(cè)方法流程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明【具體實(shí)施方式】做詳細(xì)說(shuō)明。
[0017]實(shí)施例一、一種不明采空區(qū)探測(cè)裝置包括主控機(jī)、若干個(gè)超聲波檢波器、若干個(gè)機(jī)械震源。主控機(jī)與超聲波檢波器之間通過(guò)線纜連接或無(wú)線通信連接，若干個(gè)超聲波檢波器和若干個(gè)機(jī)械震源布設(shè)在待探測(cè)區(qū)域的一水平線上，主控機(jī)通道數(shù)量在24道以內(nèi)。
[0018]—種不明采空區(qū)探測(cè)方法具體步驟如下，如圖1所示:
[0019]步驟1、在待探測(cè)區(qū)域內(nèi)沿一水平線依次間隔布設(shè)若干個(gè)超聲波檢波器和若干個(gè)機(jī)械震源，每隔一個(gè)超聲波檢波器就布設(shè)一個(gè)機(jī)械震源，若機(jī)械震源激發(fā)的地震波波長(zhǎng)為λ，超聲波檢波器之間間隔的距離不大于地震波波長(zhǎng)λ的1/4，布設(shè)超聲波檢波器總排列長(zhǎng)度不小于地震波波長(zhǎng)λ;
[0020]步驟2、利用超聲波檢波器采集地下震動(dòng)信息，并發(fā)送至主控機(jī)；
[0021]步驟3、主控機(jī)對(duì)超聲波檢波器采集的地下震動(dòng)信息進(jìn)行數(shù)字化和預(yù)處理，預(yù)處理包括去除噪聲、延時(shí)校正、數(shù)據(jù)增益處理；
[0022]步驟4、濾除地下震動(dòng)信息中的雜波，得到地下采空區(qū)和巖溶的散射波和反射波，計(jì)算得到散射波和反射波的能量分布譜；
[0023]步驟5、對(duì)散射波和反射波進(jìn)行波速掃描，遞進(jìn)改變波速計(jì)算疊加能量，當(dāng)疊加能量取取極值時(shí)對(duì)應(yīng)的波速為最佳波速，確定待探測(cè)區(qū)域不同地段不同深度的最佳波速分布譜；
[0024]步驟6、利用散射波和反射波的能量分布譜和最佳波速分布譜進(jìn)行合成孔徑偏移成像，根據(jù)偏移疊加后的圖像來(lái)識(shí)別地下采空區(qū)和巖溶，若速度低，則代表巖石強(qiáng)度低、巖石破碎程度高，該區(qū)域?yàn)椴煽諈^(qū)或者巖溶區(qū)；若速度高，則代表巖石強(qiáng)度高、巖石堅(jiān)硬、完整度好。
[0025]實(shí)施例二、一種不明采空區(qū)探測(cè)裝置包括主控機(jī)、若干個(gè)超聲波檢波器、若干個(gè)機(jī)械震源。主控機(jī)與超聲波檢波器之間通過(guò)線纜連接或無(wú)線通信連接，若干個(gè)超聲波檢波器和若干個(gè)機(jī)械震源布設(shè)在待探測(cè)區(qū)域的一水平線上，主控機(jī)通道數(shù)量在32道以上。
[0026]—種不明采空區(qū)探測(cè)方法具體步驟如下，如圖2所示:
[0027]步驟1、在待探測(cè)區(qū)域內(nèi)沿一水平線依次間隔布設(shè)若干個(gè)超聲波檢波器，在首尾超聲波檢波器位置布設(shè)2個(gè)機(jī)械震源，或者在待探測(cè)區(qū)域內(nèi)沿一水平線依次間隔布設(shè)若干個(gè)超聲波檢波器和I個(gè)機(jī)械震源，若機(jī)械震源激發(fā)的地震波波長(zhǎng)為λ，超聲波檢波器之間間隔的距離不大于地震波波長(zhǎng)λ的1/4，布設(shè)超聲波檢波器總排列長(zhǎng)度不小于地震波波長(zhǎng)λ;
[0028]步驟2、利用超聲波檢波器采集地下震動(dòng)信息，并發(fā)送至主控機(jī)；
[0029]步驟3、主控機(jī)對(duì)超聲波檢波器采集的地下震動(dòng)信息進(jìn)行數(shù)字化和預(yù)處理，預(yù)處理包括去除噪聲、延時(shí)校正、數(shù)據(jù)增益處理；
[0030]步驟4、濾除地下震動(dòng)信息中的雜波，得到地下采空區(qū)和巖溶的散射波和反射波，計(jì)算得到散射波和反射波的能量分布譜；
[0031 ]步驟5、對(duì)散射波和反射波進(jìn)行波速掃描，遞進(jìn)改變波速計(jì)算疊加能量，當(dāng)疊加能量取取極值時(shí)對(duì)應(yīng)的波速為最佳波速，確定待探測(cè)區(qū)域不同地段不同深度的最佳波速分布譜；
[0032]步驟6、利用散射波和反射波的能量分布譜和最佳波速分布譜進(jìn)行合成孔徑偏移成像，根據(jù)偏移疊加后的圖像來(lái)識(shí)別地下采空區(qū)和巖溶，若速度低，則代表巖石強(qiáng)度低、巖石破碎程度高，該區(qū)域?yàn)椴煽諈^(qū)或者巖溶區(qū)；若速度高，則代表巖石強(qiáng)度高、巖石堅(jiān)硬、完整度好。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種不明采空區(qū)探測(cè)裝置，其特征在于:包括主控機(jī)、若干個(gè)超聲波檢波器、若干個(gè)機(jī)械震源，主控機(jī)與超聲波檢波器之間通過(guò)線纜連接或無(wú)線通信連接，若干個(gè)超聲波檢波器和若干個(gè)機(jī)械震源布設(shè)在待探測(cè)區(qū)域的一水平線上。2.采用權(quán)利要求1所述的不明采空區(qū)探測(cè)裝置進(jìn)行不明采空區(qū)探測(cè)的方法，其特征在于:具體步驟如下: 步驟1、在待探測(cè)區(qū)域內(nèi)沿一水平線依次間隔布設(shè)若干個(gè)超聲波檢波器和若干個(gè)機(jī)械震源，超聲波檢波器之間間隔的距離不大于地震波波長(zhǎng)的1/4，布設(shè)超聲波檢波器總排列長(zhǎng)度不小于地震波波長(zhǎng)； 步驟2、利用超聲波檢波器采集地下震動(dòng)信息，并發(fā)送至主控機(jī)； 步驟3、主控機(jī)對(duì)超聲波檢波器采集的地下震動(dòng)信息進(jìn)行數(shù)字化和預(yù)處理，預(yù)處理包括去除噪聲、延時(shí)校正、數(shù)據(jù)增益處理； 步驟4、濾除地下震動(dòng)信息中的雜波，得到地下采空區(qū)和巖溶的散射波和反射波，計(jì)算得到散射波和反射波的能量分布譜；步驟5、對(duì)散射波和反射波進(jìn)行波速掃描，遞進(jìn)改變波速計(jì)算疊加能量，當(dāng)疊加能量取極值時(shí)對(duì)應(yīng)的波速為最佳波速，確定待探測(cè)區(qū)域不同地段不同深度的最佳波速分布譜；步驟6、利用散射波和反射波的能量分布譜和最佳波速分布譜進(jìn)行合成孔徑偏移成像，根據(jù)偏移疊加后的圖像來(lái)識(shí)別地下采空區(qū)和巖溶，若速度低，則代表巖石強(qiáng)度低、巖石破碎程度高，該區(qū)域?yàn)椴煽諈^(qū)或者巖溶區(qū);若速度高，則代表巖石強(qiáng)度高、巖石堅(jiān)硬、完整度好。
【專利摘要】一種不明采空區(qū)探測(cè)裝置與方法，屬于礦井探測(cè)領(lǐng)域。該裝置包括主控機(jī)、若干個(gè)超聲波檢波器、若干個(gè)機(jī)械震源，主控機(jī)與超聲波檢波器之間通過(guò)線纜連接或無(wú)線通信連接，超聲波檢波器和機(jī)械震源布設(shè)在待探測(cè)區(qū)域的一水平線上。在待探測(cè)區(qū)域內(nèi)布設(shè)超聲波檢波器和機(jī)械震源采集地下震動(dòng)信息，主控機(jī)對(duì)地下震動(dòng)信息進(jìn)行數(shù)字化、預(yù)處理，并濾除雜波，計(jì)算得到散射波和反射波的能量分布譜，確定待探測(cè)區(qū)域不同地段不同深度的最佳波速分布譜，利用散射波和反射波的能量分布譜和最佳波速分布譜進(jìn)行合成孔徑偏移成像，根據(jù)偏移疊加后的圖像來(lái)識(shí)別地下采空區(qū)和巖溶。本發(fā)明可以有效的發(fā)現(xiàn)采空區(qū)，不僅適合大的連續(xù)界面，也適合于橫向劇烈變化的場(chǎng)合。
【IPC分類】G01V1/30, G01V1/00
【公開(kāi)號(hào)】CN105589094
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510945620
【發(fā)明人】張大明, 張立新, 李剛, 喬寧, 秦洪巖, 李洋, 郭超
【申請(qǐng)人】遼寧工程技術(shù)大學(xué)
【公開(kāi)日】2016年5月18日
【申請(qǐng)日】2015年12月16日