一種資源采空區(qū)的探查裝置及方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于地下探測的技術(shù)領(lǐng)域，具體地涉及一種資源采空區(qū)的探查裝置及方法。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，國內(nèi)外對資源開、抽造成的采空區(qū)的探測主要采用地震和電磁兩種技術(shù)。地震技術(shù)主要是二維和三維反射地震技術(shù)；電磁法包括:CSAMT、瞬變電磁、高密度電法、電導(dǎo)率等。地震技術(shù)的突出優(yōu)點(diǎn)是分辨率高、探測深度大、定位準(zhǔn)確，是采空區(qū)探測的首選方法。電磁方法不適合地層含水率低或缺水地層的采空區(qū)探測，其結(jié)果存在準(zhǔn)確率低和局限性。目前地震方法建立在反射地震理論基礎(chǔ)之上，沒有電磁法應(yīng)用廣泛，除了工作費(fèi)用較高因素外，還與地震反射法的局限性有關(guān)。
[0003]鉆孔勘探法是一種最為直觀的探測方法，但鉆孔鉆探畢竟是“一孔之見”，控制范圍小的缺點(diǎn)也顯而易見，因此沒有在資源采空區(qū)的探查領(lǐng)域使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的技術(shù)解決問題是:克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種資源采空區(qū)的探查裝置，其操作方便、探查結(jié)果可靠，能夠?qū)崿F(xiàn)資源抽、開采后城市沉陷、礦山塌陷等遺留空區(qū)的快速、精準(zhǔn)探明。
[0005]本發(fā)明的技術(shù)解決方案是:這種資源采空區(qū)的探查裝置，該裝置包括淺層地震散射裝置、鉆孔數(shù)字成像裝置、微處理器；淺層地震散射裝置包括信號采集器和數(shù)據(jù)處理單元;
[0006]通過信號采集器獲取地震波激勵數(shù)據(jù)，根據(jù)地震散射網(wǎng)格間距和數(shù)據(jù)
[0007]處理單元獲取的數(shù)據(jù)布置地震波激勵正交網(wǎng)陣，通過激震獲得地震散
[0008]射剖面數(shù)據(jù)，采用合成孔徑偏移成像技術(shù)，通過微處理器來建立地震
[0009]散射三維正交立體圖，分析地層、斷裂構(gòu)造和采空區(qū)分布；
[0010]根據(jù)已構(gòu)建的地震散射三維正交立體圖設(shè)置優(yōu)化鉆孔點(diǎn)，通過鉆孔數(shù)字成像裝置重構(gòu)采空區(qū)三維分布體，分析采空區(qū)分布和體積，從而獲得采空區(qū)的具體位置及其范圍。
[0011]還提供了一種采用這種資源采空區(qū)的探查裝置的方法，包括以下步驟:
[0012](I)選取資源抽、開采嚴(yán)重區(qū)域，確定地層巖性和水文地質(zhì)狀況；
[0013](2)根據(jù)地層巖性和水文地質(zhì)狀況，計(jì)算地震散射網(wǎng)格間距λ/3，其中λ = V.Τ，λ為波長，V為波速，T為周期；
[0014](3)根據(jù)地震散射網(wǎng)格間距和數(shù)據(jù)處理單元獲取的數(shù)據(jù)布置地震波激勵正交網(wǎng)陣，通過激震獲得地震散射剖面數(shù)據(jù)，采用合成孔徑偏移成像技術(shù)，通過微處理器來建立地震散射三維正交立體圖，分析地層、斷裂構(gòu)造和采空區(qū)分布；
[0015](4)根據(jù)已構(gòu)建的地震散射三維正交立體圖，確定疑似采空區(qū)具體位置和分布情況，設(shè)置優(yōu)化鉆孔點(diǎn)；
[0016](5)根據(jù)優(yōu)化鉆孔點(diǎn)，通過鉆孔數(shù)字成像裝置重構(gòu)采空區(qū)三維分布體，分析采空區(qū)分布和體積，從而獲得采空區(qū)的具體位置及其范圍。
[0017]本發(fā)明采用淺層地震散射裝置和鉆孔數(shù)字成像裝置，首先確定網(wǎng)陣網(wǎng)格間距，布設(shè)若干測線形成地震波激勵正交網(wǎng)陣；通過激震獲得每條測線的地震散射地層剖面數(shù)據(jù)，生成三維正交立體圖；進(jìn)而設(shè)置優(yōu)化鉆孔點(diǎn)；接下來利用鉆孔進(jìn)行數(shù)字成像掃描，獲得鉆孔數(shù)字圖像及數(shù)據(jù)結(jié)果，得到采空區(qū)具體分布和體積等信息；最后，獲取采空區(qū)的位置及范圍界定；因此該探查裝置操作方便、探查方法簡單，探查結(jié)果可靠，能夠?qū)崿F(xiàn)資源抽、開采后城市沉陷、礦山塌陷等遺留空區(qū)的快速、精準(zhǔn)探明。
【附圖說明】
[0018]圖1示出了采用根據(jù)本發(fā)明的資源采空區(qū)的探查裝置的方法的流程圖。
[0019]圖2示出了采用根據(jù)本發(fā)明的資源采空區(qū)的探查裝置的方法的一個(gè)具體實(shí)施例的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]這種資源采空區(qū)的探查裝置，該裝置包括淺層地震散射裝置、鉆孔數(shù)字成像裝置、微處理器；淺層地震散射裝置包括信號采集器和數(shù)據(jù)處理單元；
[0021]通過信號采集器獲取地震波激勵數(shù)據(jù)，根據(jù)地震散射網(wǎng)格間距和數(shù)據(jù)
[0022]處理單元獲取的數(shù)據(jù)布置地震波激勵正交網(wǎng)陣，通過激震獲得地震散
[0023]射剖面數(shù)據(jù)，采用合成孔徑偏移成像技術(shù)，通過微處理器來建立地震
[0024]散射三維正交立體圖，分析地層、斷裂構(gòu)造和采空區(qū)分布；
[0025]根據(jù)已構(gòu)建的地震散射三維正交立體圖設(shè)置優(yōu)化鉆孔點(diǎn)，通過鉆孔數(shù)字成像裝置重構(gòu)采空區(qū)三維分布體，分析采空區(qū)分布和體積，從而獲得采空區(qū)的具體位置及其范圍。
[0026]另外，所述信號采集器具有24通道，采樣間隔20微秒、采樣長度120K。
[0027]另外，所述鉆孔數(shù)字成像裝置包括激光探頭、線纜、定向桿、羅盤和微型計(jì)算機(jī)；該激光探頭包括激光發(fā)射器和激光接收器，測量范圍100m，精度5cm，旋轉(zhuǎn)速率60° /s。
[0028]如圖1所示，還提供了一種采用這種資源采空區(qū)的探查裝置的方法，包括以下步驟:
[0029](I)選取資源抽、開采嚴(yán)重區(qū)域，確定地層巖性和水文地質(zhì)狀況；
[0030](2)根據(jù)地層巖性和水文地質(zhì)狀況，計(jì)算地震散射網(wǎng)格間距λ /3，其中λ = V.Τ，λ為波長，V為波速，T為周期；
[0031](3)根據(jù)地震散射網(wǎng)格間距和數(shù)據(jù)處理單元獲取的數(shù)據(jù)布置地震波激勵正交網(wǎng)陣，通過激震獲得地震散射剖面數(shù)據(jù)，采用合成孔徑偏移成像技術(shù)，通過微處理器來建立地震散射三維正交立體圖，分析地層、斷裂構(gòu)造和采空區(qū)分布；
[0032](4)根據(jù)已構(gòu)建的地震散射三維正交立體圖，確定疑似采空區(qū)具體位置和分布情況，設(shè)置優(yōu)化鉆孔點(diǎn)；
[0033](5)根據(jù)優(yōu)化鉆孔點(diǎn)，通過鉆孔數(shù)字成像裝置重構(gòu)采空區(qū)三維分布體，分析采空區(qū)分布和體積，從而獲得采空區(qū)的具體位置及其范圍。
[0034]本發(fā)明采用淺層地震散射裝置和鉆孔數(shù)字成像裝置，首先確定網(wǎng)陣網(wǎng)格間距，布設(shè)若干測線形成地震波激勵正交網(wǎng)陣；通過激震獲得每條測線的地震散射地層剖面數(shù)據(jù)，生成三維正交立體圖；進(jìn)而設(shè)置優(yōu)化鉆孔點(diǎn)；接下來利用鉆孔進(jìn)行數(shù)字成像掃描，獲得鉆孔數(shù)字圖像及數(shù)據(jù)結(jié)果，得到采空區(qū)具體分布和體積等信息；最后，獲取采空區(qū)的位置及范圍界定；因此該探查裝置操作方便、探查方法簡單，探查結(jié)果可靠，能夠?qū)崿F(xiàn)資源抽、開采后城市沉陷、礦山塌陷等遺留空區(qū)的快速、精準(zhǔn)探明。
[0035]另外，所述步驟(2)中，V= 2000m/s ?3000m/s，T = 0.002s。
[0036]另外，所述步驟(2)中，網(wǎng)格間距為1.5m。
[0037]另外，所述步驟(4)中，以最大采空區(qū)優(yōu)先鉆探為原則，設(shè)置優(yōu)化鉆孔點(diǎn)。
[0038]如圖2所示，整體實(shí)施過程為:淺層地震散射剖面一構(gòu)建三維正交立體圖一疑似采空區(qū)確定一鉆孔數(shù)字成像一采空區(qū)三維分布體一采空區(qū)位置及范圍一提出治理措施。具體實(shí)施過程如下:
[0039]1.搜集、分析工程地質(zhì)及水文地質(zhì)工作成果，選取資源抽、開采嚴(yán)重區(qū)域，確定地層巖性和水文地質(zhì)狀況。
[0040]2.結(jié)合采空區(qū)巖性分布特征，計(jì)算地震散射網(wǎng)格間距(λ = V.T，取λ/3，其中，λ為波長，V為波速，T為周期，砂、泥巖波速取V = 2000m/s?3000m/s，周期T取0.002s，網(wǎng)格間距取1.5m)。
[0041]3.布置地震波激勵網(wǎng)陣，根據(jù)不同地震散射剖面數(shù)據(jù)，采用合成孔徑偏移成像技術(shù)，建立地震散射三維正交立體圖，分析地層、斷裂構(gòu)造和采空區(qū)分布。
[0042]4.根據(jù)已構(gòu)建地震散射三維正交立體圖，確定疑似采空區(qū)具體位置和分布情況，以最大采空區(qū)優(yōu)先鉆探為原則，優(yōu)化鉆孔點(diǎn)設(shè)置。
[0043]5.根據(jù)優(yōu)化鉆孔點(diǎn)設(shè)置方案，利用鉆孔數(shù)字成像技術(shù)，重構(gòu)采空區(qū)三維分布體，分析采空區(qū)分布和體積等信息，查明采空區(qū)的具體位置及其范圍。
[0044]6.形成基于淺層地震散射與鉆孔數(shù)字成像相結(jié)合的空區(qū)探測技術(shù)和范圍界定方法，提出空區(qū)精細(xì)、快速探測和范圍界定技術(shù)方案。
[0045]以上所述，僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，凡是依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對以上實(shí)施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬本發(fā)明技術(shù)方案的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種資源采空區(qū)的探查裝置，其特征在于:該裝置包括淺層地震散射裝置、鉆孔數(shù)字成像裝置、微處理器；淺層地震散射裝置包括信號采集器和數(shù)據(jù)處理單元； 通過信號采集器獲取地震波激勵數(shù)據(jù)，根據(jù)地震散射網(wǎng)格間距和數(shù)據(jù)處理單元獲取的數(shù)據(jù)布置地震波激勵正交網(wǎng)陣，通過激震獲得地震散射剖面數(shù)據(jù)，采用合成孔徑偏移成像技術(shù)，通過微處理器來建立地震散射三維正交立體圖，分析地層、斷裂構(gòu)造和采空區(qū)分布； 根據(jù)已構(gòu)建的地震散射三維正交立體圖設(shè)置優(yōu)化鉆孔點(diǎn)，通過鉆孔數(shù)字成像裝置重構(gòu)采空區(qū)三維分布體，分析采空區(qū)分布和體積，從而獲得采空區(qū)的具體位置及其范圍。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的資源采空區(qū)的探查裝置，其特征在于:所述信號采集器具有24通道，采樣間隔20微秒、采樣長度120K。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的資源采空區(qū)的探查裝置，其特征在于:所述鉆孔數(shù)字成像裝置包括激光探頭、線纜、定向桿、羅盤和微型計(jì)算機(jī)；該激光探頭包括激光發(fā)射器和激光接收器，測量范圍100m，精度5cm，旋轉(zhuǎn)速率60° /s。
4.一種采用根據(jù)權(quán)利要求1所述的資源采空區(qū)的探查裝置的方法，其特征在于:包括以下步驟: (1)選取資源抽、開采嚴(yán)重區(qū)域，確定地層巖性和水文地質(zhì)狀況； (2)根據(jù)地層巖性和水文地質(zhì)狀況，計(jì)算地震散射網(wǎng)格間距λ/3，其中λ=ν.Τ，λ為波長，V為波速，T為周期； (3)根據(jù)地震散射網(wǎng)格間距和數(shù)據(jù)處理單元獲取的數(shù)據(jù)布置地震波激勵正交網(wǎng)陣，通過激震獲得地震散射剖面數(shù)據(jù)，采用合成孔徑偏移成像技術(shù)，通過微處理器來建立地震散射三維正交立體圖，分析地層、斷裂構(gòu)造和采空區(qū)分布； (4)根據(jù)已構(gòu)建的地震散射三維正交立體圖，確定疑似采空區(qū)具體位置和分布情況，設(shè)置優(yōu)化鉆孔點(diǎn)； (5)根據(jù)優(yōu)化鉆孔點(diǎn)，通過鉆孔數(shù)字成像裝置重構(gòu)采空區(qū)三維分布體，分析采空區(qū)分布和體積，從而獲得采空區(qū)的具體位置及其范圍。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的方法，其特征在于:所述步驟(2)中，V= 2000m/s?3000m/S，T = 0.002so
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于:所述步驟(2)中，網(wǎng)格間距為1.5m。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的方法，其特征在于:所述步驟(4)中，以最大采空區(qū)優(yōu)先鉆探為原則，設(shè)置優(yōu)化鉆孔點(diǎn)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種資源采空區(qū)的探查裝置,其操作方便、探查結(jié)果可靠，能夠?qū)崿F(xiàn)資源抽、開采后城市沉陷、礦山塌陷等遺留空區(qū)的快速、精準(zhǔn)探明。包括淺層地震散射裝置、鉆孔數(shù)字成像裝置、微處理器；淺層地震散射裝置包括信號采集器和數(shù)據(jù)處理單元；通過信號采集器獲取地震波激勵數(shù)據(jù)，根據(jù)地震散射網(wǎng)格間距和數(shù)據(jù)處理單元獲取的數(shù)據(jù)布置地震波激勵正交網(wǎng)陣，通過激震獲得地震散射剖面數(shù)據(jù)，采用合成孔徑偏移成像技術(shù)，通過微處理器來建立地震散射三維正交立體圖，分析地層、斷裂構(gòu)造和采空區(qū)分布；設(shè)置優(yōu)化鉆孔點(diǎn)，通過鉆孔數(shù)字成像裝置重構(gòu)采空區(qū)三維分布體，分析采空區(qū)分布和體積，獲得采空區(qū)的具體位置及其范圍。還提供一種采用這種裝置的方法。
【IPC分類】G01V1-40
【公開號】CN104614770
【申請?zhí)枴緾N201510037465
【發(fā)明人】呂祥鋒
【申請人】北京市市政工程研究院
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2015年1月26日