埋設好以后，分別將電纜與電阻率主機，外接電源與電阻率主機連接好，檢 測各裝置連接情況完好后，方能進行測量； 3) 數(shù)據(jù)采集，赤道偶極裝置測量電極和測線相互垂直，即供電電極A和供電電極B分別 位于上、下巷道內(nèi)，測量電極Μ和測量電極N分別位于上、下巷道內(nèi)，供電電極A、B成軸對稱 關(guān)系，測量電極Μ、Ν也成軸對稱關(guān)系，對稱軸是工作面跨度即供電電極Α、Β連線的中垂線； 雖然一對供電電極Α、Β和一對測量電極Μ、Ν分居兩巷道中，但測量點位于工作面跨度的中 間位置；測量時，供電電極Α、Β不動，測量電極Μ、Ν逐點向右同時移動，得到一條滾動線；接 著供電電極A、Β，測量電極Μ、Ν同時向右移動一個電極，供電電極A、Β不動，測量電極Μ、Ν 逐點向右同時移動，得到另一條滾動線；這樣不斷滾動測量下去，得到平行四邊形斷面；該 技術(shù)的電阻率測深工作是通過增加供電電極Α、Β與測量電極Μ、Ν之間的距離實現(xiàn)的； 4) 數(shù)據(jù)處理，包括： (1) 突變點的剔除； (2) 地形校正； (3) 數(shù)據(jù)的光滑平均處理； (4) 反演迭代地層真電阻率； (5) 繪制電阻率斷面圖； 5) 資料解釋 根據(jù)繪制電阻率成果圖，利用現(xiàn)有的水文地質(zhì)及鉆孔資料，結(jié)合礦山壓力分布情況，分 析工作面某回采位置電阻率變化圖，圈定異常區(qū)，對異常區(qū)做出合理的解釋，預測可能突水 點；通過對照不同開采位置異常區(qū)電阻變化圖，對異常區(qū)做進一步解釋；重點監(jiān)測采空區(qū) 范圍內(nèi)異常區(qū)的電阻率變化，尤其是突水點水情變化情況，并做出合理的解釋，豐富和發(fā)展 底板突水機理，為礦井水防治者決策提供依據(jù)。2. 如權(quán)利要求1所述的利用赤道偶極裝置對采場底板水情動態(tài)監(jiān)測方法，其特征是， 所述步驟1)的電纜制作需多芯抽頭電纜，各抽頭都需要有引腳，抽頭間距要大于電極間 距，防止巖層采動引起電纜長度變化，將電纜破壞；電纜除了插頭外，需要密封防水，需要橙 色聚胺脂材料保護套保護，保證電纜常年在潮濕環(huán)境下絕緣。3. 如權(quán)利要求1所述的利用赤道偶極裝置對采場底板水情動態(tài)監(jiān)測方法，其特征是， 所述步驟2)中的電纜溝和電極孔要求如下： 電纜溝：尺寸：深300mm，寬200mm ;挖設位置：上平巷的上幫底板，下平巷的下幫底板， 電極孔：28_，深300mm ;埋設要求：電極孔用炮泥塞滿，將電極插入電極孔，要將電極與電 纜連接線接頭處密封到炮泥中。4. 如權(quán)利要求1所述的利用赤道偶極裝置對采場底板水情動態(tài)監(jiān)測方法，其特征是， 所述步驟4)的突變點剔除，在數(shù)據(jù)采集過程中，由于某一電極接地不好，或受采集現(xiàn)場干 擾因素的影響，會出現(xiàn)一些數(shù)據(jù)突變點，為了不造成對解釋結(jié)果的影響，對數(shù)劇突變點進行 剔除；利用公式對每一行電阻率剖面數(shù)據(jù)進行處理，P1+1為數(shù)據(jù)采集完沒有 經(jīng)過任何處理的某行第i+Ι個電阻率值，p i為數(shù)據(jù)采集完沒有經(jīng)過任何處理的某行第i個 電阻率值，y值是以上兩電阻率比值，i為大于等于1的整數(shù)，當y值大于或等于α，該點需 要剔除；α是剔除控制參數(shù)，α值越小，剔除點越多，α越大剔除點越少；數(shù)據(jù)經(jīng)過剔除處 理后，將數(shù)據(jù)保存好，再進行地形校正處理。5. 如權(quán)利要求1所述的利用赤道偶極裝置對采場底板水情動態(tài)監(jiān)測方法，其特征是， 所述步驟4)中的地形校正，根據(jù)靜電場理論，地形起伏會影響勘探結(jié)果；在凸地形處實際 電阻率pjg對于數(shù)據(jù)采集電阻率p iM ?偏??；在凹地形處實際電阻率ps數(shù)據(jù)相對于采 集的電阻率PiM ·偏大；為實現(xiàn)對地電模型的真實反映，當凸地形處與水平面坡度為β時， 此時實際電阻率Ps= P ai.COS0 ;在凹地形處與水平地面為β時，此時實際Ps= P aj/cosi3,對實際數(shù)據(jù)進行了地形校正。ps是凹處或凸處真實電阻率；p iM ?是經(jīng)過突變點處 理后的測量電阻率值，Pi+丨和P i與P ai ·的區(qū)別：Pai ·經(jīng)過剔除突變點處理，Pi+丨和P i 沒有經(jīng)過剔除突變點。6. 如權(quán)利要求1所述的利用赤道偶極裝置對采場底板水情動態(tài)監(jiān)測方法，其特征是， 所述步驟4)中的數(shù)據(jù)的光滑平均處理，在數(shù)據(jù)采集過程中，有時會受到一些隨機噪聲的影 響，為了消除這些隨機噪聲，采用廣義形態(tài)分量分析法對隨機噪聲進行對采集數(shù)據(jù)的隨機 噪聲進行處理；首先，將觀測到的一維電阻率數(shù)據(jù)信號，擴展為多維信號；假設電阻率采集 信號yi(t)是源信號s(t)和噪聲信號n(t)線性疊加，則關(guān)系式為：yi(t) = s(t)+n(t) (1) 假設噪聲信號n(t)是P個不同噪聲信號分量的疊加，則 P為大于1的 整數(shù)，j為大于等于1的整數(shù)，k,為第j個噪聲的權(quán)重系數(shù)；將|帶入公式（1) 得到將P個噪聲信號分量[ni(t)，n2(t)……nP(t)]視為源信號，則源信號的數(shù)量大于觀測 信號數(shù)量，在GMCA算法中，要求觀測信號的數(shù)量不小于源信號的數(shù)量，因此，需要引入虛觀 測信號；將P個噪聲信號分量[ni(t)，n2(t)……nP(t)]視為虛觀測信號，公式（2)變?yōu)槠渲蠥為混合矩陣。7. 如權(quán)利要求1所述的利用赤道偶極裝置對采場底板水情動態(tài)監(jiān)測方法，其特征是， 所述步驟4)中的反演迭代地層真電阻率，為了提高電法勘探的分辨率，減小電法勘探的體 積效應，突出細微地質(zhì)異常，應當從實測的電阻率出發(fā)，迭代出地下介質(zhì)的地層電阻率； 根據(jù)地電場理論，建立二維有限差分模型，模型網(wǎng)格數(shù)SNxXNy=m，其中ΝΧ、Γ^>別是 X、Υ方向上的網(wǎng)格數(shù)；每個網(wǎng)格對應一個電阻率值，模型中m個網(wǎng)格對應m個電阻率值；根 據(jù)地電場理論，利用有限差分法算出模型中每個網(wǎng)格電阻率的值，即為Pi，P2......Pn, 因此，模型中電阻率參數(shù)為電阻率觀測值為cU= (P sl，為經(jīng)過剔除突變點、地形校正和去除隨機干擾后的實 際電阻率觀測數(shù)據(jù)，η為觀測數(shù)；二維反演問題本身就是非線性問題，將非線性問題經(jīng)過最 小二乘法轉(zhuǎn)化為線性問題，將其線性并正則化得到最小二乘法算法公式：J為雅克比矩陣，A G為模型參數(shù)修改矢量，Ad為觀測數(shù)據(jù)cU與正演理論數(shù)據(jù)(!"殘 差向量，4為給定模型參數(shù)正演理論觀測數(shù)據(jù)； 二維反演問題往往是混定問題，導致方程為病態(tài)方程，為了解決此問題，將光滑約束引 入反演方程；光滑約束就是相鄰節(jié)點的電阻率光滑過渡，使相鄰網(wǎng)格電阻率差異極小；對 公式（4)施加光滑約束后得到圓滑三維電阻率反演方程：λ為拉格朗日常數(shù)，決定光滑約束的權(quán)重，fx為水平圓滑濾波系數(shù)矩陣，f z為垂直圓滑 濾波系數(shù)矩陣。8. 如權(quán)利要求1所述的利用赤道偶極裝置對采場底板水情動態(tài)監(jiān)測方法，其特征是， 所述步驟4)中的繪制電阻率斷面圖，在反演迭代出的地下介質(zhì)電阻率的基礎之上，利用 Surfer軟件包繪制出每條測線的電阻率斷面圖。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種利用赤道偶極裝置對采場底板水情動態(tài)監(jiān)測方法，包括1)制作電纜；2)鋪設電極及電纜；3)數(shù)據(jù)采集，4)數(shù)據(jù)處理，包括：(1)突變點的剔除；(2)地形校正；(3)數(shù)據(jù)的光滑平均處理；(4)反演迭代地層真電阻率；(5)繪制電阻率斷面圖；5)資料解釋。本發(fā)明結(jié)合工作面采動情況的影響，經(jīng)過多次數(shù)據(jù)觀測，對照每次電阻率剖面圖變化情況，實現(xiàn)對采場內(nèi)水情變化情況的動態(tài)監(jiān)測，尤其是采空區(qū)水情的變化情況，本發(fā)明通過赤道偶極裝置，不僅能實現(xiàn)了工作面內(nèi)水情的探查，而且解決了監(jiān)測采空區(qū)滯后突水技術(shù)難題，只需要在采前一次施工，即可實現(xiàn)整個采場底板水情的動態(tài)監(jiān)測。該方法原理簡單、易懂，操作簡單、施工效率高。
【IPC分類】G01V3/22
【公開號】CN105277992
【申請?zhí)枴緾N201510869155
【發(fā)明人】施龍青, 高衛(wèi)富, 翟培合, 韓進, 李常松
【申請人】山東科技大學
【公開日】2016年1月27日
【申請日】2015年12月2日
【公告號】CN105277992B