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設(shè)計測點按相同的角度固定，同時利用測斜裝置記錄各測點位置的方位角、傾角和橫滾角；步驟三：將各個測點的測量信息分別記錄并判斷異常響應；步驟四：移動發(fā)射裝置位置或改變發(fā)射裝置角度，重復步驟二和步驟三；步驟五：對采集數(shù)據(jù)進行處理，得出鉆孔周圍低阻異常體位置的信息；本發(fā)明能提供對鉆孔徑向的低阻異常的定位功能，既擴大鉆孔的控制范圍，增強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，為下一步鉆進方向給予指向。
【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 源時間域電磁感應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)造的超前探測對煤礦安全生產(chǎn)意義 重大。由于煤礦掘進迎頭需要打大量超前探水鉆孔，為達到對含水構(gòu)造的范圍控制，探水孔 的密度很大，有時多達20個以上，耗費的時間和費用很高。
[0003] 而人工源時間域電磁感應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的地下渦流產(chǎn)生的二次 電磁場，通過對該二次場的空間和時間的分布分析來認識有關(guān)地質(zhì)問題。由于回線源時間 域電磁感應方法的接收裝置不需要接地，屬于非接觸式測量，信號穩(wěn)定容易處理，本發(fā)明的
【發(fā)明者】認為采用該方法實現(xiàn)鉆孔中物探是一個較好的選擇。
[0004] 為此，本發(fā)明的設(shè)計者有鑒于上述缺陷，通過潛心研究和設(shè)計，綜合長期多年從事 相關(guān)產(chǎn)業(yè)的經(jīng)驗和成果，研究設(shè)計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，其無需進行大量打孔就能提供對鉆孔徑向低阻異常的定位功能，擴大鉆 孔的控制范圍，指出可能存在的含水構(gòu)造目標。
[0006] 為實現(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發(fā)射組件和信號接收組件，所 述信號發(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設(shè)計測點按相同的角度固定，同時利用 測斜裝置記錄各測點位置的方位角、傾角和橫滾角；
[0009] 步驟三：將各個測點的測量信息分別記錄至對應的采集通道，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；
[0010] 步驟四：三分量接收探頭在一個設(shè)計測點內(nèi)完成一次測量后，移動發(fā)射裝置位置 或改變發(fā)射裝置角度，重復步驟二和步驟三；
[0011] 步驟五：對采集數(shù)據(jù)進行處理，首先利用測斜裝置記錄的探頭姿態(tài)信息將每個接 收點接收的數(shù)據(jù)校準至相同角度，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) 三分量接收信號組合特征確定低阻異常體相對鉆孔所在的象限，最后通過水平分量和垂直 分量信號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：在煤層中鉆取多個探測孔，同時重復步驟一至步驟五，對每 個探測孔數(shù)據(jù)進行聯(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，最后對相關(guān)度 高的異常體進行組合，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時，通過Z分量圖形曲線在異常位置會出現(xiàn)極值， X、Y分量圖形曲線在異常位置會出現(xiàn)〇點的基本原則，在異常點前后數(shù)據(jù)會變號來進行判 斷。
[0016] 通過上述結(jié)構(gòu)可知，本發(fā)明實現(xiàn)了如下技術(shù)效果：
[0017] 1、提供對鉆孔徑向至少15m范圍內(nèi)的低阻異常的定位功能，一方面擴大鉆孔的控 制范圍，增強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，為下一 步鉆進方向給予指向；
[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，擴大鉆孔徑向控制范圍，達到有效減少鉆孔布設(shè)密度的目的。
[0019] 本發(fā)明的詳細內(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 置可包含信號發(fā)射組件13和信號接收組件12,所述信號發(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，所述發(fā)射接收裝置還可包含高性能嵌入式CPU，以快速對采 集的數(shù)據(jù)進行處理；
[0024] 如圖1所示，為對煤層18的周圍進行探測，鉆入探測孔15,在該實施例中，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，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 信號發(fā)射組件13通過發(fā)射線框14發(fā)出的信號且與信號接收組件14 (在一個實施例中可為 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在多個設(shè)計測點按相 同的角度固定，信號接收組件12接收三分量接收探頭16的三分量感應電動勢信號，同時 利用測斜裝置（如測斜儀、電子羅盤等）記錄測點位置的方位角、傾角、橫滾角等信息）；
[0027] 在具體設(shè)置中，通過孔口規(guī)定一個坐標系，如規(guī)定鉆孔中心點為坐標原點，Z的正 方向向鉆孔內(nèi)部，則根據(jù)笛卡爾坐標系規(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測點上三分量接收探頭16的XYZ三分量測量方向應該都與規(guī)定的坐 標系正方向軸線一致，但在實際施工過程中，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的與坐標系軸線一致，所以為了糾偏，需要將每次測點上探頭朝向 相對規(guī)定好的坐標系的方位角、傾角、橫滾角等信息記錄下來，從能在后期處理中能將接收 的信號校正為與規(guī)定的坐標系正方向軸線一致的數(shù)據(jù)；
[0028] 其中，設(shè)計測點的多少、深度和位置根據(jù)煤層18的厚度、寬度等進行設(shè)置，在此不 進行累述；
[0029] 步驟三：將各個測點的測量信息分別記錄至對應的采集通道，送入處理單元后可 以圖形方式顯示在接收用的顯示器上，或存至存儲設(shè)備，并在圖形中判斷異常響應，根據(jù)顯 示圖形可在認為有異常響應的位置進行復測或前后加密觀測；
[0030] 而在判斷異常響應時，通過Z分量圖形曲線在異常位置會出現(xiàn)極值，X、Y分量圖 形曲線在異常位置會出現(xiàn)0點的基本原則，在異常點前后數(shù)據(jù)會變號（由正變負或由負變 正）；
[0031] 步驟四：三分量接收探頭16在一個設(shè)計測點內(nèi)完成一次測量后，移動發(fā)射裝置 位置或改變發(fā)射裝置角度，重復步驟二和步驟三；
[0032] 步驟五：對采集數(shù)據(jù)進行處理，首先利用測斜裝置記錄的探頭姿態(tài)信息將每個接 收點接收的數(shù)據(jù)校準至相同角度，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)三分量接收信號組合特征確定低阻異常體相對鉆孔所在的象限，最后通過水平分量和垂 直分量信號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)定坐標系中的XYZ坐標正方向或指定角度（主要 要求XY兩個分量角度必須垂直，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兩個分量曲線的形態(tài)，組合確定異常體在坐標系中XY平面的第一、二、三、四4個象 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的切線，再對每一條切線做 一條過切點的法線（垂線），之后這些法線會在一定范圍內(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：在煤層中鉆取多個探測孔，同時重復步驟一至步驟五，對每個探測孔數(shù)據(jù) 進行聯(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，最后對相關(guān)度高的異常體進 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，相鄰鉆孔可能對同一個異常體均有反映，可以多次驗證該 異常體的存在和確定其位置，也可能單個鉆孔反映的異常體信息較少，多個鉆孔反映的異 常體信息更全面，可以把多個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)（距離近的異常體認為 具有相關(guān)性）進行一些異常體的合并組合，合并后的異常體的形態(tài)自然不會是孤立一個 點，有可能會形成連續(xù)的不規(guī)則形體（例如多個異常點可以連出一條曲（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（小于5個）探測孔的鉆取中取得整個煤 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（有效范圍可達徑向至少15m)，擴大 鉆孔的控制范圍，增強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，為下一步鉆進方向給予指向。
[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、應用或使用。雖然已經(jīng)在實施例中描述過并且在附圖中描述了實施例，但本發(fā)明不限制 由附圖示例和在實施例中描述的作為目前認為的最佳模式以實施本發(fā)明的教導的特定例 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發(fā)射組件和信號接收組件，所述信 號發(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設(shè)計測點按相同的角度固定，同時利用測斜裝 置記錄各測點位置的方位角、傾角和橫滾角； 步驟三：將各個測點的測量信息分別記錄至對應的采集通道，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； 步驟四：三分量接收探頭在一個設(shè)計測點內(nèi)完成一次測量后，移動發(fā)射裝置位置或改 變發(fā)射裝置角度，重復步驟二和步驟三； 步驟五：對采集數(shù)據(jù)進行處理，首先利用測斜裝置記錄的探頭姿態(tài)信息將每個接收點 接收的數(shù)據(jù)校準至相同角度，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 量接收信號組合特征確定低阻異常體相對鉆孔所在的象限，最后通過水平分量和垂直分量 信號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：在煤層中鉆取多個探測 孔，同時重復步驟一至步驟五，對每個探測孔數(shù)據(jù)進行聯(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，最后對相關(guān)度高的異常體進行組合，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時，通過Z分 量圖形曲線在異常位置會出現(xiàn)極值，X、Y分量圖形曲線在異常位置會出現(xiàn)〇點的基本原則， 在異常點前后數(shù)據(jù)會變號來進行判斷。
【文檔編號】G01V3/26GK104090306SQ201410310745
【公開日】2014年10月8日 申請日期: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 申請人:中煤科工集團西安研究院有限公司