專利名稱:一種超長工作面無線電波透視ct測試方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本發(fā)明涉及礦井地球物理勘探領(lǐng)域,具體為一種超長工作面無線電波透視CT測試方法。
背景技術(shù):
礦井工作面回采過程中存在諸多影響安全高效生產(chǎn)的地質(zhì)因素,主要包括巷道揭露斷層、煤層變薄區(qū)的延伸狀況,以及面內(nèi)隱伏斷層、陷落柱等發(fā)育條件,綜合機(jī)械化采煤程度越高要求對面內(nèi)構(gòu)造探查程度越精細(xì)。因此,綜采工作面在回采前必須進(jìn)行物探探測, 查清內(nèi)部構(gòu)造及其異常特征,保證煤礦工作面的安全高效生產(chǎn)。目前,對綜采工作面內(nèi)部構(gòu)造的探查方法較多,主要包括電法CT、地震CT、音頻電透視技術(shù)、無線電波透視技術(shù)等內(nèi)容。在這些方法中,電法CT和地震CT需要人力較多,而且占用現(xiàn)場工作時間長,現(xiàn)場要求多方協(xié)調(diào),操作程序復(fù)雜,通常是在構(gòu)造復(fù)雜區(qū)使用。而無線電波透視技術(shù)為非接觸式探測,現(xiàn)場操作簡單,分辨能力好,因此在國內(nèi)外倍受青睞并得到快速發(fā)展與應(yīng)用。但是,現(xiàn)有的無線電波透視技術(shù)在數(shù)據(jù)采集方式也存在局限,現(xiàn)場工作費(fèi)時費(fèi)力,勞動強(qiáng)度大,不利于綜合機(jī)械化采煤工作面的探查要求及發(fā)展?,F(xiàn)場煤礦工作面多為走向長度長,有的達(dá)到2-3km,無線電波透視技術(shù)現(xiàn)有工作方法現(xiàn)場占用時間長,影響生產(chǎn);工作面傾斜長度大,達(dá)到250-300m,其穿透能力有限。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種超長工作面無線電波透視CT測試方法,以解決現(xiàn)有無線電波透視技術(shù)工作費(fèi)時費(fèi)力、占用時間長、穿透能力有限的問題。為了達(dá)到上述目的,本發(fā)明所采用的技術(shù)方案為
一種超長工作面無線電波透視CT測試方法,其特征在于采用無線電波透視儀,在礦井工作面的一個巷道中等間距布置有無線電波透視儀發(fā)射機(jī)的多個發(fā)射點(diǎn),在另一個相鄰巷道中等間距布置有無線電波透視儀接收機(jī)的多個接收點(diǎn),所述無線電波透視儀通過發(fā)射機(jī)的發(fā)射點(diǎn)發(fā)射電磁波,所述電磁波穿過兩巷道之間的礦井工作面后被無線電波透視儀接收機(jī)的接收點(diǎn)接收,最后將發(fā)射機(jī)的發(fā)射點(diǎn)、接收機(jī)的接收點(diǎn)相互換位再次測量;
對所述接收點(diǎn)接收到的電磁波信號進(jìn)行處理,得到電磁波在兩巷道之間工作面的場強(qiáng)分布數(shù)據(jù),以及兩巷道之間工作面對電磁波的吸收系數(shù)數(shù)據(jù),再對所述場強(qiáng)分布數(shù)據(jù)、吸收系數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行反演分別得到電磁波在兩巷道之間工作面的場強(qiáng)平面分布圖、吸收系數(shù)分布所述場強(qiáng)平面分布圖中,場強(qiáng)值的高低代表兩巷道之間工作面煤層結(jié)構(gòu)的透過能力, 其中高場強(qiáng)區(qū)對應(yīng)正常煤層區(qū),低場強(qiáng)區(qū)對應(yīng)煤層結(jié)構(gòu)異常區(qū),利用場強(qiáng)值的分布差異可判斷兩巷道之間工作面內(nèi)地質(zhì)異常區(qū)賦存狀況;所述吸收系數(shù)分布圖中,高、低吸收區(qū)域分別代表兩巷道之間工作面內(nèi)不同煤層特征,其中高吸收區(qū)域?qū)?yīng)煤層結(jié)構(gòu)異常區(qū),低吸收區(qū)域?qū)?yīng)煤層正常區(qū);通過所述場強(qiáng)平面分布圖、吸收系數(shù)分布圖,結(jié)合巷道掘進(jìn)獲得的平
4剖面地質(zhì)資料,確定礦井工作面內(nèi)構(gòu)造及其異常特征。所述的一種超長工作面無線電波透視CT測試方法,其特征在于當(dāng)?shù)V井工作面走向長度在IOOOm以內(nèi)時,采用一發(fā)一收方式,所述一發(fā)一收方式指采用一臺無線電波透視儀,所述無線電波透視儀發(fā)射機(jī)的多個發(fā)射點(diǎn)等間距布置在礦井巷道工作面的一個巷道中,無線電波透視儀接收機(jī)的多個接收點(diǎn)等間距布置在另一個相鄰巷道中,所述發(fā)射點(diǎn)發(fā)射的電磁波分別被接收點(diǎn)接收。所述的一種超長工作面無線電波透視CT測試方法,其特征在于當(dāng)?shù)V井工作面走向長度在1000m-2000m之間時,采用一發(fā)雙收方式,所述一發(fā)雙收方式指采用一臺無線電波透視儀,所述無線電波透視儀有兩個接收機(jī),無線電波透視儀發(fā)射機(jī)的多個發(fā)射點(diǎn)等間距布置在礦井巷道工作面的一個巷道中,在另一個相鄰巷道中一段等間距布置無線電波透視儀一個接收機(jī)的多個接收點(diǎn),另一段等間距布置無線電波透視儀另一個接收機(jī)的多個接收點(diǎn),所述發(fā)射機(jī)的發(fā)射點(diǎn)所發(fā)射的電磁波分別被兩個接收機(jī)的接收點(diǎn)接收。所述的一種超長工作面無線電波透視CT測試方法,其特征在于當(dāng)?shù)V井工作面走向長度在2000m以上時,采用雙發(fā)雙收方式,所述雙發(fā)雙收方式指采用兩臺無線電波透視儀,兩臺無線電波透視儀各自發(fā)射機(jī)的發(fā)射點(diǎn)等間距排布構(gòu)成的發(fā)射點(diǎn)群分別布置在礦井巷道工作面的一個巷道中,兩臺無線電波透視儀各自接收機(jī)的接收點(diǎn)等間距排布構(gòu)成的接收點(diǎn)群分別布置在另一個相鄰巷道中,且兩臺無線電波透視儀之間工作間距大于1000m,每個無線電波透視儀發(fā)射機(jī)的發(fā)射點(diǎn)所發(fā)射的電磁波分別被各自的接收機(jī)的接收點(diǎn)接收。所述的一種超長工作面無線電波透視CT測試方法,其特征在于煤層結(jié)構(gòu)異常區(qū)判斷時其高低異常標(biāo)準(zhǔn)是結(jié)合整個工作面區(qū)域進(jìn)行的,在工作面布置條件相似條件下,場強(qiáng)分布值取觀測平均值為標(biāo)準(zhǔn),低于其值為低異常區(qū);吸收系數(shù)分布值取計(jì)算平均值為標(biāo)準(zhǔn),高于其值為高異常區(qū);場強(qiáng)低值異常區(qū)與吸收系數(shù)高值異常區(qū)、揭露地質(zhì)條件相吻合區(qū)域?yàn)樘綔y解釋異常位置,并根據(jù)場強(qiáng)異常值、吸收系數(shù)異常值差異大小半定量確定礦井工作面內(nèi)構(gòu)造及其異常特征。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)為
1、觀測系統(tǒng)靈活三種發(fā)射和接收觀測系統(tǒng)能適應(yīng)不同工作面條件要求,大大提高現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集效率,增大實(shí)測數(shù)據(jù)量。 2、現(xiàn)場探測方法簡便,編制的無線電波透視CT軟件對數(shù)據(jù)處理自動化程度高,探測結(jié)果清晰直觀、精度高,完全能滿足采礦生產(chǎn)的技術(shù)要求。3、數(shù)據(jù)處理參數(shù)多結(jié)合實(shí)測場強(qiáng)曲線、場強(qiáng)分布、吸收系數(shù)等多組圖像對比,進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)分析能力,提高勘探精度。能查明綜采工作面巷道已揭露的落差I(lǐng)m以上的斷層在工作面內(nèi)的延展情況;能查明綜采工作面內(nèi)落差大于半個煤厚隱伏斷層在工作面內(nèi)的延展?fàn)顩r;能查明綜采工作面內(nèi)煤層厚度小于Im的“煤厚變薄帶”的分布發(fā)育情況。
圖1為無線電波透視CT觀測系統(tǒng)布置示意圖,其中
圖Ia為一發(fā)一收方式示意圖,圖Ib為一發(fā)雙收方式示意圖,圖Ic為雙發(fā)雙收方式示意圖。圖2為無線電波透視CT射線分布圖。
圖3為無線電波透視CT實(shí)測場強(qiáng)曲線圖,其中
圖3a為1巷實(shí)測場強(qiáng)曲線圖,圖: 為2巷實(shí)測場強(qiáng)曲線圖。圖4為無線電波透視CT場強(qiáng)分布圖。圖5為無線電波透視CT吸收系統(tǒng)分布圖。圖6為無線電波透視CT地質(zhì)解釋圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明是利用無線電波透視CT技術(shù),對面內(nèi)各種地質(zhì)構(gòu)造進(jìn)行探查的一種物探技術(shù)。通過在工作面巷道布置測試系統(tǒng),在一條巷道發(fā)射單頻電磁波,另一條巷道接收該頻率電磁波,根據(jù)工作面長度不同選擇一發(fā)一收、一發(fā)雙收、雙發(fā)雙收等觀測系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)采集,獲得各個觀測點(diǎn)的實(shí)測場強(qiáng)值。通過分析各個測點(diǎn)實(shí)測場強(qiáng)值曲線、場強(qiáng)分布及吸收系數(shù)分布等特征對面內(nèi)構(gòu)造進(jìn)行預(yù)報,評價探測區(qū)域內(nèi)構(gòu)造范圍及其具體特征。本發(fā)明中
1、如圖1所示。圖la、圖Ib中實(shí)心黑圓表示發(fā)射點(diǎn),空心白圓表示接收點(diǎn)。構(gòu)建巷道電磁波觀測系統(tǒng),在工作面風(fēng)巷、機(jī)巷及切眼等巷道構(gòu)建測試系統(tǒng),其中發(fā)射點(diǎn)位于一條巷道,接收點(diǎn)位于另一條巷道,發(fā)射點(diǎn)距通常為50m,接收點(diǎn)距通常為10m。接收方式可以為一發(fā)一收系統(tǒng),工作時間通常為6+aiiin,數(shù)據(jù)接收點(diǎn)為17個,為正常工作方式;一發(fā)雙收系統(tǒng),工作時間可為8+2min,接收點(diǎn)數(shù)可為21個,為工作面走向長IOOOm以上的工作方式;雙發(fā)雙收系統(tǒng),為工作面走向長度超過2000m的巷道選用工作方式,通常兩套系統(tǒng)保持相對獨(dú)立,其間距1000m,同步發(fā)射和接收。當(dāng)發(fā)射和接收完成工作面走向長度后為第一輪測試, 再交換發(fā)射和接收點(diǎn)巷道,重復(fù)其操作。2、一發(fā)雙收系統(tǒng)中一臺無線電波透視儀需調(diào)制兩臺接收機(jī),且兩臺接收機(jī)各自多個接收點(diǎn)構(gòu)成的接收點(diǎn)群位于同一巷道,保持一定間距,保證數(shù)據(jù)的同步接收。采用一發(fā)雙收觀測系統(tǒng),可以提高數(shù)據(jù)采集速度,節(jié)省現(xiàn)場探測時間,增加透射數(shù)據(jù)量,大大減輕探測人員的勞動強(qiáng)度;雙發(fā)雙收系統(tǒng)調(diào)制兩臺同一型號無線電波透視儀,保持兩臺無線電波透視儀之間工作間距大于IOOOm左右,可提高對長走向工作面的數(shù)據(jù)采集效率,且保證工作面透視CT數(shù)據(jù)能進(jìn)行統(tǒng)一反演利用。3、根據(jù)工作面實(shí)測場強(qiáng)平面分布圖,獲得接收平均場強(qiáng)值,分析面內(nèi)主要構(gòu)造異常分布。通過對實(shí)測場強(qiáng)的射線反演處理,可以得到實(shí)測場強(qiáng)平面分布圖,場強(qiáng)值的高低代表煤層結(jié)構(gòu)的透過能力,其中高場強(qiáng)為正常煤層區(qū),低場強(qiáng)為煤層結(jié)構(gòu)異常區(qū),利用場強(qiáng)值的分布差異精細(xì)判斷工作面內(nèi)地質(zhì)異常區(qū)賦存狀況。該圖類似于幾何交匯圖的解釋效果, 因去除人為主觀因素,其結(jié)果更為直觀可靠。同時結(jié)合工作面吸收系數(shù)反演結(jié)果分布,高低吸收區(qū)域分別代表不同煤層特征,其中高吸收為煤層結(jié)構(gòu)異常區(qū),低吸收為煤層正常區(qū)。最后結(jié)合巷道掘進(jìn)獲得的平剖面地質(zhì)資料,進(jìn)一步綜合確定工作面內(nèi)構(gòu)造特征。4、異常判斷時其高低異常標(biāo)準(zhǔn)是結(jié)合整個工作面區(qū)域進(jìn)行標(biāo)定,通常在工作面布置條件相似條件下,場強(qiáng)分布值可以取觀測平均值為標(biāo)準(zhǔn),低于其值為低異常區(qū);吸收系數(shù)分布值可以取計(jì)算平均值為標(biāo)準(zhǔn),高于其值為高異常區(qū)。場強(qiáng)低異常區(qū)與吸收系數(shù)高異常區(qū)、揭露地質(zhì)條件相吻合區(qū)域?yàn)樘綔y解釋異常位置,并根據(jù)異常值差異大小半定量評價構(gòu)造特征。
具體實(shí)施過程如下
(1)在工作面安裝回采之前,結(jié)合工作面走向及傾斜長度條件,選擇合適的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),包括一發(fā)一收、一發(fā)雙收和雙發(fā)雙收系統(tǒng),布置巷道發(fā)射和接收點(diǎn),進(jìn)行現(xiàn)場透射數(shù)據(jù)采集;
(2)經(jīng)過發(fā)射和接收巷道對換后,完成兩輪數(shù)據(jù)采集,并結(jié)合現(xiàn)場條件對無效數(shù)據(jù)點(diǎn)或構(gòu)造復(fù)雜區(qū)進(jìn)行加密觀測,補(bǔ)采相應(yīng)的數(shù)據(jù);
(3)根據(jù)工作面實(shí)測場強(qiáng)平面分布圖,獲得接收段平均場強(qiáng)值,分析工作面內(nèi)主要構(gòu)造異常分布,掌握測區(qū)內(nèi)總的構(gòu)造狀況。通過對實(shí)測場強(qiáng)的射線反演處理,得到實(shí)測場強(qiáng)平面分布圖,利用場強(qiáng)值的分布差異精細(xì)判斷面內(nèi)地質(zhì)異常區(qū)賦存狀況。結(jié)合工作面吸收系數(shù)反演結(jié)果,以及巷道掘進(jìn)平、剖面地質(zhì)資料,進(jìn)一步綜合確定面內(nèi)構(gòu)造特征,提交綜合成果圖,為生產(chǎn)提供技術(shù)指導(dǎo)。探測實(shí)例
為了獲得13-1煤層開采工作面內(nèi)部構(gòu)造特征,在淮南礦業(yè)集團(tuán)某礦工作面進(jìn)行了工作面內(nèi)無線電波透視CT探測技術(shù)研究,對此內(nèi)部構(gòu)造特征進(jìn)行探查。因工作面走向長度超過1000m,為節(jié)省現(xiàn)場工作時間,在工作面探測中采用一發(fā)雙收觀測系統(tǒng)(如附圖lb),現(xiàn)場工作效率極大提高。整個工作面射線分布如附圖2,通過實(shí)測獲得不同觀測點(diǎn)的測試場強(qiáng)曲線如附圖3及其場強(qiáng)分布如附圖4。其中異常區(qū)的低場強(qiáng)分布特征極為明顯。從附圖5吸收系數(shù)分布圖中可以看到異常區(qū)的具體形態(tài)和分布。圖6為結(jié)合現(xiàn)有地質(zhì)資料及探測成果給出的綜合地質(zhì)解釋結(jié)果,對工作面中斷層、煤厚變薄等區(qū)域進(jìn)行了判定,為生產(chǎn)指明工作方向。后經(jīng)工作面回采揭露對比,驗(yàn)證了各個異常區(qū)域的位置及特征,探測對構(gòu)造判斷的準(zhǔn)確率在85%以上,對生產(chǎn)起到了很好的指導(dǎo)作用。
權(quán)利要求
1.一種超長工作面無線電波透視CT測試方法,其特征在于采用無線電波透視儀,在礦井工作面的一個巷道中等間距布置有無線電波透視儀發(fā)射機(jī)的多個發(fā)射點(diǎn),在另一個相鄰巷道中等間距布置有無線電波透視儀接收機(jī)的多個接收點(diǎn),所述無線電波透視儀通過發(fā)射機(jī)的發(fā)射點(diǎn)發(fā)射電磁波,所述電磁波穿過兩巷道之間的礦井工作面后被無線電波透視儀接收機(jī)的接收點(diǎn)接收,最后將發(fā)射機(jī)的發(fā)射點(diǎn)、接收機(jī)的接收點(diǎn)相互換位再次測量;對所述接收點(diǎn)接收到的電磁波信號進(jìn)行處理,得到電磁波在兩巷道之間工作面的場強(qiáng)分布數(shù)據(jù),以及兩巷道之間工作面對電磁波的吸收系數(shù)數(shù)據(jù),再對所述場強(qiáng)分布數(shù)據(jù)、吸收系數(shù)數(shù)據(jù)進(jìn)行反演分別得到電磁波在兩巷道之間工作面的場強(qiáng)平面分布圖、吸收系數(shù)分布圖;所述場強(qiáng)平面分布圖中,場強(qiáng)值的高低代表兩巷道之間工作面煤層結(jié)構(gòu)的透過能力, 其中高場強(qiáng)區(qū)對應(yīng)正常煤層區(qū),低場強(qiáng)區(qū)對應(yīng)煤層結(jié)構(gòu)異常區(qū),利用場強(qiáng)值的分布差異可判斷兩巷道之間工作面內(nèi)地質(zhì)異常區(qū)特征狀況;所述吸收系數(shù)分布圖中,高、低吸收區(qū)域分別代表兩巷道之間工作面內(nèi)不同煤層特征,其中高吸收區(qū)域?qū)?yīng)煤層結(jié)構(gòu)異常區(qū),低吸收區(qū)域?qū)?yīng)煤層正常區(qū);通過所述場強(qiáng)平面分布圖、吸收系數(shù)分布圖,結(jié)合巷道掘進(jìn)獲得的平剖面地質(zhì)資料,確定礦井工作面內(nèi)構(gòu)造特征。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超長工作面無線電波透視CT測試方法,其特征在于當(dāng)?shù)V井工作面走向長度在IOOOm以內(nèi)時,采用一發(fā)一收方式,所述一發(fā)一收方式指采用一臺無線電波透視儀,所述無線電波透視儀發(fā)射機(jī)的多個發(fā)射點(diǎn)等間距布置在礦井巷道工作面的一個巷道中,無線電波透視儀接收機(jī)的多個接收點(diǎn)等間距布置在另一個相鄰巷道中,所述發(fā)射點(diǎn)發(fā)射的電磁波分別被接收點(diǎn)接收。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超長工作面無線電波透視CT測試方法,其特征在于 當(dāng)?shù)V井工作面走向長度在1000m-2000m之間時,采用一發(fā)雙收方式,所述一發(fā)雙收方式指采用一臺無線電波透視儀,所述無線電波透視儀有兩個接收機(jī),無線電波透視儀發(fā)射機(jī)的多個發(fā)射點(diǎn)等間距布置在礦井巷道工作面的一個巷道中,在另一個相鄰巷道中一段等間距布置無線電波透視儀一個接收機(jī)的多個接收點(diǎn),另一段等間距布置無線電波透視儀另一個接收機(jī)的多個接收點(diǎn),所述發(fā)射機(jī)的發(fā)射點(diǎn)所發(fā)射的電磁波分別被兩個接收機(jī)的接收點(diǎn)接收。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超長工作面無線電波透視CT測試方法,其特征在于當(dāng)?shù)V井工作面走向長度在2000m以上時,采用雙發(fā)雙收方式,所述雙發(fā)雙收方式指采用兩臺無線電波透視儀,兩臺無線電波透視儀各自發(fā)射機(jī)的發(fā)射點(diǎn)等間距排布構(gòu)成的發(fā)射點(diǎn)群分別布置在礦井巷道工作面的一個巷道中,兩臺無線電波透視儀各自接收機(jī)的接收點(diǎn)等間距排布構(gòu)成的接收點(diǎn)群分別布置在另一個相鄰巷道中,且兩臺無線電波透視儀之間工作間距大于1000m,每個無線電波透視儀發(fā)射機(jī)的發(fā)射點(diǎn)所發(fā)射的電磁波分別被各自的接收機(jī)的接收點(diǎn)接收。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種超長工作面無線電波透視CT測試方法,其特征在于煤層結(jié)構(gòu)異常區(qū)判斷時其高低異常標(biāo)準(zhǔn)是結(jié)合整個工作面區(qū)域進(jìn)行的,在工作面布置條件相似條件下,場強(qiáng)分布值取觀測平均值為標(biāo)準(zhǔn),低于其值為低異常區(qū);吸收系數(shù)分布值取計(jì)算平均值為標(biāo)準(zhǔn),高于其值為高異常區(qū);場強(qiáng)低值異常區(qū)與吸收系數(shù)高值異常區(qū)、揭露地質(zhì)條件相吻合區(qū)域?yàn)樘綔y解釋異常位置,并根據(jù)場強(qiáng)異常值、吸收系數(shù)異常值差異大小半定量確定礦井工作面內(nèi)構(gòu)造及其異常特征。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種超長工作面無線電波透視CT測試方法,利用工作面巷道條件,構(gòu)建無線電波透視CT測試系統(tǒng),進(jìn)行面內(nèi)構(gòu)造探查,對在巷道中揭露及隱伏的斷層、薄煤區(qū)、陷落柱等地質(zhì)異常進(jìn)行探查與解釋,為工作面安全高效回采提供技術(shù)參數(shù)。
文檔編號G01V3/30GK102385070SQ201110241730
公開日2012年3月21日 申請日期2011年8月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月23日
發(fā)明者劉盛東, 吳榮新, 張平松, 肖玉林, 郭立全 申請人:安徽理工大學(xué)