煤礦井下鉆孔中徑向含水異常體探測方法
【專利摘要】一種煤礦井下鉆孔中徑向含水異常體探測方法，其包含以下步驟：步驟一：在井下巷道鉆入探測孔，在探測孔的孔口位置設(shè)置一發(fā)射線框，設(shè)置有發(fā)射接收裝置，步驟二：在探測孔內(nèi)讓三分量接收探頭在多個(gè)設(shè)計(jì)測點(diǎn)按相同的角度固定，同時(shí)利用測斜裝置記錄各測點(diǎn)位置的方位角、傾角和橫滾角；步驟三：將各個(gè)測點(diǎn)的測量信息分別記錄并判斷異常響應(yīng)；步驟四：移動(dòng)發(fā)射裝置位置或改變發(fā)射裝置角度，重復(fù)步驟二和步驟三；步驟五：對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，得出鉆孔周圍低阻異常體位置的信息；本發(fā)明能提供對(duì)鉆孔徑向的低阻異常的定位功能，既擴(kuò)大鉆孔的控制范圍，增強(qiáng)巷道迎頭超前探測的精度，還能指出可能存在的含水構(gòu)造目標(biāo)，為下一步鉆進(jìn)方向給予指向。
【專利說明】煤礦井下鉆孔中徑向含水異常體探測方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及煤礦開采的物理勘探【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種采用煤礦井下鉆孔人工 源時(shí)間域電磁感應(yīng)的煤礦井下鉆孔中徑向含水異常體探測方法。

【背景技術(shù)】
[0002] 目前，隨著煤礦開采深度的不斷增加，含水構(gòu)造的超前探測對(duì)煤礦安全生產(chǎn)意義 重大。由于煤礦掘進(jìn)迎頭需要打大量超前探水鉆孔，為達(dá)到對(duì)含水構(gòu)造的范圍控制，探水孔 的密度很大，有時(shí)多達(dá)20個(gè)以上，耗費(fèi)的時(shí)間和費(fèi)用很高。
[0003] 而人工源時(shí)間域電磁感應(yīng)方法是利用不接地回線或接地電極向地下發(fā)送脈沖式 或方波式一次電磁場，用線圈或接地電極觀測由該脈沖電磁場感應(yīng)的地下渦流產(chǎn)生的二次 電磁場，通過對(duì)該二次場的空間和時(shí)間的分布分析來認(rèn)識(shí)有關(guān)地質(zhì)問題。由于回線源時(shí)間 域電磁感應(yīng)方法的接收裝置不需要接地，屬于非接觸式測量，信號(hào)穩(wěn)定容易處理，本發(fā)明的
【發(fā)明者】認(rèn)為采用該方法實(shí)現(xiàn)鉆孔中物探是一個(gè)較好的選擇。
[0004] 為此，本發(fā)明的設(shè)計(jì)者有鑒于上述缺陷，通過潛心研究和設(shè)計(jì)，綜合長期多年從事 相關(guān)產(chǎn)業(yè)的經(jīng)驗(yàn)和成果，研究設(shè)計(jì)出一種煤礦井下鉆孔中徑向含水異常體探測方法，以克 服上述缺陷。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種煤礦井下鉆孔中徑向含水 異常體探測方法，其無需進(jìn)行大量打孔就能提供對(duì)鉆孔徑向低阻異常的定位功能，擴(kuò)大鉆 孔的控制范圍，指出可能存在的含水構(gòu)造目標(biāo)。
[0006] 為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明公開了一種煤礦井下鉆孔中徑向含水異常體探測方法， 其特征在于包含以下步驟：
[0007] 步驟一：在井下巷道鉆入探測孔，在探測孔的孔口位置設(shè)置一發(fā)射線框，在所述發(fā) 射線框后設(shè)置有發(fā)射接收裝置，所述發(fā)射接收裝置包含信號(hào)發(fā)射組件和信號(hào)接收組件，所 述信號(hào)發(fā)射組件連接至所述發(fā)射線框；
[0008] 步驟二：在探測孔內(nèi)設(shè)置三分量接收探頭，所述三分量接收探頭與信號(hào)接收組件 連接，按一定的深度間距讓三分量接收探頭在多個(gè)設(shè)計(jì)測點(diǎn)按相同的角度固定，同時(shí)利用 測斜裝置記錄各測點(diǎn)位置的方位角、傾角和橫滾角；
[0009] 步驟三：將各個(gè)測點(diǎn)的測量信息分別記錄至對(duì)應(yīng)的采集通道，送入處理單元后以 圖形方式顯示，并在圖形中判斷異常響應(yīng)；
[0010] 步驟四：三分量接收探頭在一個(gè)設(shè)計(jì)測點(diǎn)內(nèi)完成一次測量后，移動(dòng)發(fā)射裝置位置 或改變發(fā)射裝置角度，重復(fù)步驟二和步驟三；
[0011] 步驟五：對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，首先利用測斜裝置記錄的探頭姿態(tài)信息將每個(gè)接 收點(diǎn)接收的數(shù)據(jù)校準(zhǔn)至相同角度，其次根據(jù)多測道圖確定異常段并提取異常場，之后依據(jù) 三分量接收信號(hào)組合特征確定低阻異常體相對(duì)鉆孔所在的象限，最后通過水平分量和垂直 分量信號(hào)的法線聚焦異常位置，得出鉆孔周圍低阻異常體位置的信息。
[0012] 其中：還包含步驟六：在煤層中鉆取多個(gè)探測孔，同時(shí)重復(fù)步驟一至步驟五，對(duì)每 個(gè)探測孔數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)合解釋，先根據(jù)鉆孔信息建立立體空間圖像，再將多個(gè)鉆孔獲得的低 阻異常體位置信息共同顯示在圖像中，之后分析異常體互相之間的相關(guān)性，最后對(duì)相關(guān)度 高的異常體進(jìn)行組合，聯(lián)合確定低阻異常體空間分布形態(tài)。
[0013] 其中：所述孔口位于發(fā)射線框內(nèi)或發(fā)射線框外。
[0014] 其中：所述發(fā)射線框的邊長不大于5m，其包含匝數(shù)大于10匝的發(fā)射線。
[0015] 其中：在步驟三的判斷異常響應(yīng)時(shí)，通過Z分量圖形曲線在異常位置會(huì)出現(xiàn)極值， X、Y分量圖形曲線在異常位置會(huì)出現(xiàn)〇點(diǎn)的基本原則，在異常點(diǎn)前后數(shù)據(jù)會(huì)變號(hào)來進(jìn)行判 斷。
[0016] 通過上述結(jié)構(gòu)可知，本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了如下技術(shù)效果：
[0017] 1、提供對(duì)鉆孔徑向至少15m范圍內(nèi)的低阻異常的定位功能，一方面擴(kuò)大鉆孔的控 制范圍，增強(qiáng)巷道迎頭超前探測的精度，另一方面能指出可能存在的含水構(gòu)造目標(biāo)，為下一 步鉆進(jìn)方向給予指向；
[0018] 2、在孔中開展地球物理探測工作，無需大量鉆孔即可得到周圍的含水構(gòu)造異常分 布，擴(kuò)大鉆孔徑向控制范圍，達(dá)到有效減少鉆孔布設(shè)密度的目的。
[0019] 本發(fā)明的詳細(xì)內(nèi)容可通過后述的說明及所附圖而得到。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020] 圖1顯示了本發(fā)明的測量示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0021] 參見圖1，顯示了本發(fā)明煤礦井下鉆孔中徑向含水異常體探測方法的示意圖。
[0022] 其中該煤礦井下鉆孔中徑向含水異常體探測方法主要包含以下步驟：
[0023] 步驟一：在井下巷道11內(nèi)針對(duì)需要探測的地層鉆入探測孔15,在探測孔15的孔 口位置設(shè)置一發(fā)射線框14,在所述發(fā)射線框14后設(shè)置有發(fā)射接收裝置，所述發(fā)射接收裝 置可包含信號(hào)發(fā)射組件13和信號(hào)接收組件12,所述信號(hào)發(fā)射組件13連接至所述發(fā)射線框 14,以通過發(fā)射線框發(fā)射信號(hào)，所述發(fā)射接收裝置還可包含高性能嵌入式CPU，以快速對(duì)采 集的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；
[0024] 如圖1所示，為對(duì)煤層18的周圍進(jìn)行探測，鉆入探測孔15,在該實(shí)施例中，該探測 孔15為水平孔，發(fā)射線框14布置在水平探測孔的孔口，操作人員可在巷道11內(nèi)活動(dòng)，以設(shè) 置發(fā)射接收裝置；
[0025] 其中，所述孔口既可位于發(fā)射線框14內(nèi)，也可位于發(fā)射線框14外；所述發(fā)射線框 14的邊長不大于5m，其包含匝數(shù)大于10匝的發(fā)射線；
[0026] 步驟二：在探測孔15內(nèi)設(shè)置三分量接收探頭16,所述三分量接收探頭16可接收 信號(hào)發(fā)射組件13通過發(fā)射線框14發(fā)出的信號(hào)且與信號(hào)接收組件14 (在一個(gè)實(shí)施例中可為 多通道A/D采集裝置）連接，按一定的深度間距讓三分量接收探頭16在多個(gè)設(shè)計(jì)測點(diǎn)按相 同的角度固定，信號(hào)接收組件12接收三分量接收探頭16的三分量感應(yīng)電動(dòng)勢信號(hào)，同時(shí) 利用測斜裝置（如測斜儀、電子羅盤等）記錄測點(diǎn)位置的方位角、傾角、橫滾角等信息）；
[0027] 在具體設(shè)置中，通過孔口規(guī)定一個(gè)坐標(biāo)系，如規(guī)定鉆孔中心點(diǎn)為坐標(biāo)原點(diǎn)，Z的正 方向向鉆孔內(nèi)部，則根據(jù)笛卡爾坐標(biāo)系規(guī)則，X正方向向右，Y正方向向下，在具體設(shè)置中， 要求在鉆孔中每一個(gè)測點(diǎn)上三分量接收探頭16的XYZ三分量測量方向應(yīng)該都與規(guī)定的坐 標(biāo)系正方向軸線一致，但在實(shí)際施工過程中，由于鉆孔并非百分百直線，施工工藝也很難保 證探頭位置每次都精準(zhǔn)的與坐標(biāo)系軸線一致，所以為了糾偏，需要將每次測點(diǎn)上探頭朝向 相對(duì)規(guī)定好的坐標(biāo)系的方位角、傾角、橫滾角等信息記錄下來，從能在后期處理中能將接收 的信號(hào)校正為與規(guī)定的坐標(biāo)系正方向軸線一致的數(shù)據(jù)；
[0028] 其中，設(shè)計(jì)測點(diǎn)的多少、深度和位置根據(jù)煤層18的厚度、寬度等進(jìn)行設(shè)置，在此不 進(jìn)行累述；
[0029] 步驟三：將各個(gè)測點(diǎn)的測量信息分別記錄至對(duì)應(yīng)的采集通道，送入處理單元后可 以圖形方式顯示在接收用的顯示器上，或存至存儲(chǔ)設(shè)備，并在圖形中判斷異常響應(yīng)，根據(jù)顯 示圖形可在認(rèn)為有異常響應(yīng)的位置進(jìn)行復(fù)測或前后加密觀測；
[0030] 而在判斷異常響應(yīng)時(shí)，通過Z分量圖形曲線在異常位置會(huì)出現(xiàn)極值，X、Y分量圖 形曲線在異常位置會(huì)出現(xiàn)0點(diǎn)的基本原則，在異常點(diǎn)前后數(shù)據(jù)會(huì)變號(hào)（由正變負(fù)或由負(fù)變 正）；
[0031] 步驟四：三分量接收探頭16在一個(gè)設(shè)計(jì)測點(diǎn)內(nèi)完成一次測量后，移動(dòng)發(fā)射裝置 位置或改變發(fā)射裝置角度，重復(fù)步驟二和步驟三；
[0032] 步驟五：對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，首先利用測斜裝置記錄的探頭姿態(tài)信息將每個(gè)接 收點(diǎn)接收的數(shù)據(jù)校準(zhǔn)至相同角度，其次根據(jù)多測道圖確定異常段并提取異常場17,之后依 據(jù)三分量接收信號(hào)組合特征確定低阻異常體相對(duì)鉆孔所在的象限，最后通過水平分量和垂 直分量信號(hào)的法線聚焦異常位置，得出鉆孔周圍低阻異常體位置的信息；
[0033] 其中，這里的相同角度是孔口規(guī)定坐標(biāo)系中的XYZ坐標(biāo)正方向或指定角度（主要 要求XY兩個(gè)分量角度必須垂直，相差90度）；
[0034] 其中，提取異常段可從數(shù)據(jù)中減掉無異常情況下的背景場，提取出純異常場，之后 根據(jù)XY兩個(gè)分量曲線的形態(tài)，組合確定異常體在坐標(biāo)系中XY平面的第一、二、三、四4個(gè)象 限中的具體象限；
[0035] 確定異常位置可通過畫出水平分量和垂直分量每一點(diǎn)的切線，再對(duì)每一條切線做 一條過切點(diǎn)的法線（垂線），之后這些法線會(huì)在一定范圍內(nèi)互相交叉，在有的區(qū)域經(jīng)過的法 線多，有的區(qū)域經(jīng)過的少，可選擇法線密度最大的一個(gè)區(qū)域定位異常的位置；
[0036] 本發(fā)明的方法還可包含如下步驟：
[0037] 步驟六：在煤層中鉆取多個(gè)探測孔，同時(shí)重復(fù)步驟一至步驟五，對(duì)每個(gè)探測孔數(shù)據(jù) 進(jìn)行聯(lián)合解釋，先根據(jù)鉆孔信息建立立體空間圖像，再將多個(gè)鉆孔獲得的低阻異常體位置 信息共同顯示在圖像中，之后分析異常體互相之間的相關(guān)性，最后對(duì)相關(guān)度高的異常體進(jìn) 行組合，聯(lián)合確定低阻異常體空間分布形態(tài)。
[0038] 其中，聯(lián)合解釋是指，相鄰鉆孔可能對(duì)同一個(gè)異常體均有反映，可以多次驗(yàn)證該 異常體的存在和確定其位置，也可能單個(gè)鉆孔反映的異常體信息較少，多個(gè)鉆孔反映的異 常體信息更全面，可以把多個(gè)鉆孔解釋的異常體信息放到一起考慮這一測區(qū)的異常體分 布，給出一個(gè)更合理全面的物探解釋。
[0039] 其中，異常體組合的原理有很多種，例如根據(jù)反距離加權(quán)（距離近的異常體認(rèn)為 具有相關(guān)性）進(jìn)行一些異常體的合并組合，合并后的異常體的形態(tài)自然不會(huì)是孤立一個(gè) 點(diǎn)，有可能會(huì)形成連續(xù)的不規(guī)則形體（例如多個(gè)異常點(diǎn)可以連出一條曲（折）線），自然可 以確定出異常體的空間分布形態(tài)。
[0040] 由此，通過本發(fā)明的方法可以在有限個(gè)（小于5個(gè)）探測孔的鉆取中取得整個(gè)煤 層的異常體分布。
[0041] 通過上述結(jié)構(gòu)可知，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于：
[0042] 1、能在鉆孔的徑向提供低阻異常的定位功能（有效范圍可達(dá)徑向至少15m)，擴(kuò)大 鉆孔的控制范圍，增強(qiáng)迎頭超前探測的精度；
[0043] 2、能提供信息，指出可能存在的含水構(gòu)造目標(biāo)，為下一步鉆進(jìn)方向給予指向。
[0044] 顯而易見的是，以上的描述和記載僅僅是舉例而不是為了限制本發(fā)明的公開內(nèi) 容、應(yīng)用或使用。雖然已經(jīng)在實(shí)施例中描述過并且在附圖中描述了實(shí)施例，但本發(fā)明不限制 由附圖示例和在實(shí)施例中描述的作為目前認(rèn)為的最佳模式以實(shí)施本發(fā)明的教導(dǎo)的特定例 子，本發(fā)明的范圍將包括落入前面的說明書和所附的權(quán)利要求的任何實(shí)施例。
【權(quán)利要求】
1. 一種煤礦井下鉆孔中徑向含水異常體探測方法，其特征在于包含以下步驟： 步驟一：在井下巷道鉆入探測孔，在探測孔的孔口位置設(shè)置一發(fā)射線框，在所述發(fā)射線 框后設(shè)置有發(fā)射接收裝置，所述發(fā)射接收裝置包含信號(hào)發(fā)射組件和信號(hào)接收組件，所述信 號(hào)發(fā)射組件連接至所述發(fā)射線框； 步驟二：在探測孔內(nèi)設(shè)置三分量接收探頭，所述三分量接收探頭與信號(hào)接收組件連接， 按一定的深度間距讓三分量接收探頭在多個(gè)設(shè)計(jì)測點(diǎn)按相同的角度固定，同時(shí)利用測斜裝 置記錄各測點(diǎn)位置的方位角、傾角和橫滾角； 步驟三：將各個(gè)測點(diǎn)的測量信息分別記錄至對(duì)應(yīng)的采集通道，送入處理單元后以圖形 方式顯示，并在圖形中判斷異常響應(yīng)； 步驟四：三分量接收探頭在一個(gè)設(shè)計(jì)測點(diǎn)內(nèi)完成一次測量后，移動(dòng)發(fā)射裝置位置或改 變發(fā)射裝置角度，重復(fù)步驟二和步驟三； 步驟五：對(duì)采集數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，首先利用測斜裝置記錄的探頭姿態(tài)信息將每個(gè)接收點(diǎn) 接收的數(shù)據(jù)校準(zhǔn)至相同角度，其次根據(jù)多測道圖確定異常段并提取異常場，之后依據(jù)三分 量接收信號(hào)組合特征確定低阻異常體相對(duì)鉆孔所在的象限，最后通過水平分量和垂直分量 信號(hào)的法線聚焦異常位置，得出鉆孔周圍低阻異常體位置的信息。
2. 如權(quán)利要求1所述的探測方法，其特征在于：還包含步驟六：在煤層中鉆取多個(gè)探測 孔，同時(shí)重復(fù)步驟一至步驟五，對(duì)每個(gè)探測孔數(shù)據(jù)進(jìn)行聯(lián)合解釋，先根據(jù)鉆孔信息建立立體 空間圖像，再將多個(gè)鉆孔獲得的低阻異常體位置信息共同顯示在圖像中，之后分析異常體 互相之間的相關(guān)性，最后對(duì)相關(guān)度高的異常體進(jìn)行組合，聯(lián)合確定低阻異常體空間分布形 態(tài)。
3. 如權(quán)利要求1所述的探測方法，其特征在于：所述孔口位于發(fā)射線框內(nèi)或發(fā)射線框 外。
4. 如權(quán)利要求1所述的探測方法，其特征在于：所述發(fā)射線框的邊長不大于5m，其包含 匝數(shù)大于10匝的發(fā)射線。
5. 如權(quán)利要求1所述的探測方法，其特征在于：在步驟三的判斷異常響應(yīng)時(shí)，通過Z分 量圖形曲線在異常位置會(huì)出現(xiàn)極值，X、Y分量圖形曲線在異常位置會(huì)出現(xiàn)〇點(diǎn)的基本原則， 在異常點(diǎn)前后數(shù)據(jù)會(huì)變號(hào)來進(jìn)行判斷。
【文檔編號(hào)】G01V3/26GK104090306SQ201410310745
【公開日】2014年10月8日 申請(qǐng)日期:2014年7月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月1日
【發(fā)明者】范濤, 王繼礦, 趙兆, 趙睿, 劉磊, 寧殿艷, 石顯新, 魯晶津, 張仲禮 申請(qǐng)人:中煤科工集團(tuán)西安研究院有限公司