专利名称：幅频电透视探测方法
技术领域：
本发明涉及一种工作面底板探测技术，属于地球物理勘探领域，特别涉及一种幅频电透视探测方法。
背景技术：
突水，是威胁我国煤矿安全的第二大杀手，其危害程度仅次于瓦斯事故。1995 2006年，全国发生各类突水事故1424起，死亡5432人，经济损失超过200亿元。2011年5月29日至9月16日三个半月时间，国家安全监察总局通报的煤矿透水事故多达12起，死亡事故11起、淹井I起，死亡10人以上事故5起。 除掘进突水外，工作面回采突水造成的经济损失最为巨大。现在我国常用于煤矿井下突水构造的探测方法有钻探、地面物探和井下物探。钻探主要指井下钻探，用于巷道迎头超前探测，直观、明确，有水无水一目了然。但其缺点也很突出，且不考虑工期、造价等因素，其探测、控制范围小，仅仅是“一孔之见”，有时钻孔距水体只有几米远也无法探出，容易漏掉突水隐患是其致命的弱点。而且由于井下施工面临水压大，存在高压地下水沿钻孔突出、酿成次生事故的风险。地面物探包括三维地震、瞬变电磁、电法等，由于方法自身局限性以及受地形变化、目标体埋深大等影响，不仅分辨率无法满足生产需要、探测效果不理想，有时甚至无法开展工作。矿井电法、无线电波坑道透视、槽波地震、瑞利波、地质雷达、TSP等，在井下探水、探构造方面，各有优势，也有一定效果，但要用于整个工作面底板含水性探测方面，则都存在种种不足或缺陷。无线电波坑道透视、槽波地震，能探构造但不能探水；瑞利波、地质雷达定向性好，但测距小、对水不敏感；幅频电透视对水敏感，在探测工作面底板整体含水性方面，效果明显。目前，国内较多采用音频电透视技术，但该技术不能实现长时间恒流供电，形不成恒定的供电电流场，影响数据质量，而且发射方与接收方要通过有线电话联络，逐点约定测量时间、逐点报告、逐点记录发射电流、电位差等参数，设备数量多，工作步骤繁琐，工作效率低下。

发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种用于工作面回采前，确保工作面底板一定范围内(1/2采宽)底板含水性等地质异常情况探测的新的、高效、准确的物探方法。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为一种幅频电透视探测方法，包括以下步骤
一、安装设备
a、校正设备根据工作面实际情况确定发射巷道和接收巷道；将发射信号计时器和接收信号计时器进行同步校核，并将发射设备和接收设备进行调试；b、发射设备的安装在发射巷道内沿巷道走向、按照预定间隔设置n (n>l)个发射点AiCi=I, 2，…，n)，将产生探测信号并向接收巷道发送探测信号的发射设备设置在发射点Ai上；
C、接收设备的安装在接收巷道内沿巷道走向、在预定位置设置接收探测信号的接收点，对于发射巷道中的每个发射点Ai，设置m (m>2)个相应的接收点，将接收探测信号并对探测信号进行存储的接收设备设置在接收点上；
二、测量
首先，同时启动发射信号计时器和接收信号计时器，与此同时启动发射设备和接收设 备;
在发射巷道中，发射设备参照发射信号计时器，在预定发射点Ai、预定发射时间、按预定单元供电时间、发射间隔和预定信号频率发射探测信号并记录此探测信号，与此同时，在接收巷道中通过接收设备在与发射点Ai相对应的m个接收点逐次接收探测信号并记录接收到的探测信息；
当接收巷道中对来自发射点Ai的信号接收完毕后，同步改变的发射巷道中发射点的位置和接收巷道内相应接收点的位置，按照上述方式进行探测；
当发射巷道中的所有发射点与接收巷道中相应接收点的探测信号传输结束后，将发射巷道与接收巷道互换，按照上述方式重新进行探测；
探测结束后，将探测时记录的数据进行处理，得到探测区域的地质异常情况。所述发射点Ai之间的距离大于50m。所述接收点之间的距离大于5m。所述发射巷道内的发射设备包括产生探测信号的发射机、将探测信号进行发射的发射电极和用于接地的无穷远电极，所述发射机、无穷远电极和其中一个发射电极形成可提供恒定供电电流的发射回路。所述发射巷道内发射回路的单元供电时间为10-15分钟,供电电流大于100mA，且为恒流供电。所述无穷远电极距离各发射点Ai的距离至少为3倍的工作面宽度。所述接收巷道内的接收设备包括存储探测信号的接收机和用于接收探测信号的接收电极组(Mn，Nn);所述接收机和接收电极组形成接收回路。所述接收电极组(Mn，Nn)中Mn、Nn两电极垂直于巷道走向布置且间距大于lm。各接收电极组(Mn，Nn)间沿巷道走向的间距为10m。采用上述技术方案取得的有益效果如下
本发明测量过程中发射设备和接收设备为独立分体式，预约定时定点交汇测量，大大减少了设备数量和所需工作人员的数量，减轻了工作人员的劳动强度，提高了探测工作效率和探测数据质量，在对工作面底板整体含水性评价方面技术效果十分明显；其中发射设备恒流供电，能在地层中产生持续稳定的电流场，提高了探测所得数据的质量；且本发明可同时采用高频和低频两种探测信号，并根据探测环境条件进行对比探测，优选最佳工作参数，确保了探测工作效果。


图I为本发明测量方式示意图2为本发明实施例的探测示意图。
具体实施例方式下面结合图I和图2对本发明进行详细描述。在利用幅频电透视探测方法进行探测以前，将需要进行探测的巷道内的影响探测结果的设备清理干净；工作面上下巷道停工、停电，巷道内不能有大的振动和响声；瓦斯不超标；巷道自由空间要足够大(垂直巷道方向底板自由空间不小于1.0m)，探测范围内不能有大范围积水及金属物堆积；巷道底板洁净，无大量浮煤、浮渣。整理好巷道环境后，便开始进行探测，主要包括以下步骤
一、安装设备
a、校正设备探测信号的发射与接收分别在工作面的上、下巷道进行，上、下巷道的走向相同，根据实际探测需要，确定发射巷道和接收巷道，若上巷为发射巷道，那么下巷便为接收巷道；发射操作人员与接收操作人员在正式工作开始以前需要约定好探测信号的发射时间、单元供电时间、发射间隔、设备工作频率(信号频率)等，因此需要将各自所用的发射信号计时器和接收信号计时器进行同步校核；然后将调试好的发射设备和接收设备运至发射巷道和接收巷道。b、发射设备的安装所述发射设备包括产生探测信号的发射机、将探测信号进行发射的发射电极和用于接地的无穷远电极，无穷远电极布置在距离各发射点Ai至少3 5倍工作面采宽的位置，确保无穷远电极和发射电极接地良好；在发射巷道内沿巷道走向、按照预定间隔设置n (n>l)个发射点Ai (i=l，2，…，n)，相邻发射点之间的间距一般大于50m，通常为50m-70m ;将发射电极设置在发射点Ai上，发射机、无穷远电极和某发射点Ai上的发射电极通过供电线正确连接形成发射回路；
在布置发射电极和无穷远电极时，应保证电极远离道轨、刮板运输机等铁质材料设备及局部积水Im以外。C、接收设备的安装所述接收设备包括存储探测信号的接收机和用于接收探测信号的接收电极组(Mn，Nn), Mn、Nn为两个相连的接收电极；在接收巷道内沿巷道走向、按照预定间隔在预定位置设置接收探测信号的接收点，接收点之间的距离大于5m，对于发射巷道中的每个发射点Ai，按照预定间隔设置m(m>2)个相应的接收点；将接收电极组设置于接收点上，接收机和位于接收点上的接收电极组(Mn，Nn)正确连接形成接收回路；各接收电极组(Mn, Nn)中Mn、Nn两电极垂直于巷道走向布置且间距大于Im ;各接收电极组(Mn, Nn)间沿巷道走向的间距为10m。二、测量
首先，为了保证探测的同步性和准确性，需要同时启动发射信号计时器和接收信号计时器，与此同时启动发射机和接收机；
在发射巷道中，工作人员参照发射信号计时器，在预定发射点Ai、按预定的单元供电时间、发射间隔以及信号频率等在预定发射时间内利用发射机发射探测信号并通过位于发射点Ai上的发射电极发出，同时记录下发射点Ai的位置、信号发射时间、信号间隔、发射回路中的恒定电流值和探测信号频率等参数。例如，上午8:00开始在第一个发射点Al发射频率为45Hz的探测信号，每个发射点上探测信号的持续时间为10分钟，在探测信号发送期间，接收巷道内需要完成与Al相对应的所有接收点的探测信号接收工作。相邻发射点之间空闲时间为5分钟，即探测信号在上一个发射点持续10分钟后停止，在接下来的5分钟内，需要将发射机与下一个发射点上的发射电极形成发射回路，然后在第15分钟开始持续发射10分钟的探测信号。在整个探测信号发射过程中，发射回路中的供电电流为恒定值。与此同时，在接收巷道中，在预定发射时间、按照发射间隔、信号频率通过与发射点AI相对应的m个接收点上的接收电极组(Mn，Nn )逐个接收探测信号，接收电极组(Mn，Nn)将接收到的探测信号传送到接收机，接收机记录下接收到的探测信息，并记录下各组接收电极组的极距和实测电位差。与上述发射巷道中的操作相对应，首先，将第一组接收电极组(M1，N1)与接收机形成接收回路，接收机在上午8:00开始接收45Hz的探测信号，记录下所需数据后，将接收机与第一组接收电极组(M1，NI)断开，并与第二组接收电极组(M2，N2)形成接收回路，在10分钟之内要通过相应的所有的接收点上的接收电极组接收探测信号；从第10分钟开始，在接下来的5分钟内调整接收电极组的位置，将其设置到与下一个发射点相对应的接收点上，从第15分钟开始，在新布置的接收点上接收来自下一个发射点的探 测信息。按此规则，直到与所有发射点相对应的各个接收点上的探测信号全部接收完毕。当接收巷道中对来自发射点Ai的信号接收完毕后，同步改变的发射巷道中发射点的位置和接收巷道内相应接收点的位置，按照上述方式继续进行探测；即，当发射点Al和与Al相对应的各个接收点之间通信完毕后,将位于发射点Al上的发射电极与发射机断开，将位于发射点A2上的发射电极与发射机形成发射回路，同时，也将接收巷道中的发射电极组(Mn，Nn)设置到与A2相对应的接收点上进行接收。当发射巷道中的所有发射点与接收巷道中相应接收点的探测信号传输结束后，将发射巷道与接收巷道互换，按照上述方式重新进行探测。为了保证探测区域的完整性以及探测结构的准确性，需要将两个巷道交换，即将原来的发射巷道作为接收巷道，原来的接收巷道作为发射巷道，再按照上述步骤进行探测。整个探测过程结束后，将探测时记录的数据进行处理，从而得到探测区域(即工作面)的地质异常情况.将这些数据进行相应的处理，根据需要做成各种等值断面图，从而得到探测区域地质中各种异常情况的分析图。在探测过程中，发射点Al、A2……An可位于平行巷道走向的同一直线上。在探测过程中，为了保证探测精度，每个发射点Ai都要对应m组接收点，m至少应该为3，即一个发射点至少应对应3个接收点，接收点与发射点的位置关系的优选方式为以发射点为基准点，位于中心的接收点与发射点的连线应平行于巷道迎头平面，其余的接收点应分别位于此接收点的左右两侧。在探测过程中，如因巷道局部积水需要调整发射点的位置时，应及时记录具体调整内容。在接收巷道中，沿垂直巷道走向、按预定的间距依次在接收点布置成对的接收电极组(M1，NI)、(M2，N2)、……“Mn，Nn)，在以发射点为顶点、所有接收点形成的三角形区域内，接收机在事先约定的信号发射时间、逐组接收来自发射回路的探测信号，并记录各接收点上接收电极组(Mn，Nn)的极距、实测电位差。如果在测量过程中遇到突变点时导致某接收点上的接收电极组的电位差与其他相应接收点上的接收电极组的电位差相比具有较大误差时，必须抓紧时间进行复测，若复测的结果与原测量结果的误差大于5%，要进行多次复测或在工作告一段落后进行补测，直到所测结果间的误差小于5%，此测量结果才为有效数据。接收机发射信号的频率应当与接收机接收信号的频率一致，这样才能保证数据的有效性。
实施例图2为利用本发明的方法对冀中能源东庞矿北井9208工作面幅频探测的成果示意 东庞矿北井9208综采工作面主采石炭系太原组9 #煤，9 #煤距下伏奥灰区域强含水层顶面仅35m。2009年10月27日 11月30日，河北煤炭科学研究院采用综合物探技术， 对9208工作面进行探测与评价。该工作面长1080m、宽70m。本实施例中，在发射巷道中，沿巷道走向每60m布置一个发射点，在接收巷道中，沿垂直巷道方向每IOm设置一个接收点；每一个发射点对应接收巷段长度为150m，即每个发射点对应约15个接收点，总计布置36个发射电极、约530组接收电极组。发射回路的单元供电时间设为10分钟、移站时间(信号发射间隔)为5分钟。巷道掘进中未揭露一条断层，构造条件简单。发射机和接收机的信号频率一致，且发射回路中的恒定电流为150mA。根据幅频电透视探测方法得到的解释曲线可知，整个工作面共圈定2处含水异
堂
巾o2010年11月15日，回采680m、进入物探2#异常区发生底板突水事故，水量1800m3/h，工作面被淹。由于前期已根据物探资料，对工作面防治水安全工作做了针对性部署，措施得力，确保本次突水未出现人员伤亡情况。以实施例中东庞矿北井9208工作面探测为例，采用音频电透视法需要配备专业探测人员7人、消耗总工时280.0个；采用本发明的幅频电透视探测方法需用探测人员5人、消耗总工时97. 5个。本发明的方法与传统音频电透视法相比，累计节约工时182. 5个，工效提高了 I. 87倍。如果考虑到因增加工作日而带来的布线、收线、下井、升井等工序带来的时间增力口，工效提高将在3-4倍以上。表I为幅频电透视探测方法与音频电透视方法施工用时对比表。此实施例中，发射机和接收机均采用WDJF-I型数字幅频激电仪，双频率发射，恒流供电。接收巷道中的设备所用的接收方式为平行单极一偶极法。因此，该方法为一条巷道发射，同时在另一条巷道内的一定范围内接收发射信号。此实施例中发射机的主要特点是测量频点多(4Hz、4/13 Hz ;8Hz、8/13 Hz ; 16Hz、16/13 Hz ;32Hz、32/13 Hz)、发射功率大(800VX IA恒流)、抗干扰能力强，可以实现双频同时发射、接收，长时间恒流供电(单位持续供电时间超过IOmin,根据需要供电设计可进一步延长)，能够保持长时间测量。本实施例中发射设备和接收设备采用相互独立的分体式结构发射和接收分别在两条巷道中进行。按照预先约定在发射巷道定时、定点、定频家恒流发射，在接收巷道对应扇形区域内定时、定点、定频率接收发射、接收双方无需通过有线电话等方式逐点联络^逐点汇报并记录供电电流等参数大大简化了设备数量减轻了劳动强度提高了工作效氧
表I
权利要求
1.一种幅频电透视探測方法，其特征在于包括以下步骤 一、安装设备 a、校正设备根据工作面实际情况确定发射巷道和接收巷道；将发射信号计时器和接收信号计时器进行同步校核，并将发射设备和接收设备进行调试； b、发射设备的安装在发射巷道内沿巷道走向、按照预定间隔设置η(η>1)个发射点AiCi=I, 2，…，η)，将产生探測信号井向接收巷道发送探測信号的发射设备设置在发射点Ai上； C、接收设备的安装在接收巷道内沿巷道走向、在预定位置设置接收探测信号的接收点，对于发射巷道中的每个发射点Ai，设置m (m>2)个相应的接收点，将接收探測信号并对探測信号进行存储的接收设备设置在接收点上； ニ、測量 首先，同时启动发射信号计时器和接收信号计时器，与此同时启动发射设备和接收设备; 在发射巷道中，发射设备參照发射信号计时器，在预定发射点Ai、预定发射时间、按预定单元供电时间、发射间隔和预定信号频率发射探測信号并记录此探测信号，与此同时，在接收巷道中通过接收设备在与发射点Ai相对应的m个接收点逐次接收探测信号并记录接收到的探测信息； 当接收巷道中对来自发射点Ai的信号接收完毕后，同步改变的发射巷道中发射点的位置和接收巷道内相应接收点的位置，按照上述方式进行探測； 当发射巷道中的所有发射点与接收巷道中相应接收点的探測信号传输结束后，将发射巷道与接收巷道互換，按照上述方式重新进行探測； 探测结束后，将探测时记录的数据进行处理，得到探測区域的地质异常情況。
2.根据权利要求I所述的ー种幅频电透视探測方法，其特征在于所述发射点Ai之间的距离大于50m。
3.根据权利要求I或2所述的ー种幅频电透视探測方法，其特征在于所述接收点之间的距离大于5m。
4.根据权利要求I所述的ー种幅频电透视探測方法，其特征在于所述发射巷道内的发射设备包括产生探測信号的发射机、将探测信号进行发射的发射电极和用于接地的无穷远电极，所述发射机、无穷远电极和其中ー个发射电极形成可提供恒定供电电流的发射回路。
5.根据权利要求4所述的ー种幅频电透视探測方法，其特征在于所述发射巷道内发射回路的单元供电时间为10-15分钟，供电电流大于100mA，且为恒流供电。
6.根据权利要求4或5所述的ー种幅频电透视探測方法，其特征在于所述无穷远电极距离各发射点Ai的距离至少为3倍的工作面宽度。
7.根据权利要求I或4所述的ー种幅频电透视探測方法，其特征在于所述接收巷道内的接收设备包括存储探測信号的接收机和用于接收探測信号的接收电极组(Mn，Nn);所述接收机和接收电极组形成接收回路。
8.根据权利要求7所述的幅频电透视探测方法，其特征在于所述接收电极组(Mn，Nn)中Mn、Nn两电极垂直于巷道走向布置且间距大于lm。
9.根据权利要求7所述的幅频电透视探测方法，其特征在于各接收电极组(Mn，Nn)间沿巷道走向的间距为10 m。
全文摘要
本发明公开了一种幅频电透视探测方法，属于一种工作面底板探测技术。本发明在发射巷道和接收巷道内分别设置多个发射点和与其相应的接收点，在发射点和相应的接收点组成的区域内采用逐点发射、逐组接收的方式对工作面底板的含水性进行探测。本发明发射设备和接收设备为独立分体式，采用定时预约且恒流供电工作法，减少了探测设备和所需探测人员的数量，减轻了探测人员劳动强度，大大提高了工作效率和探测所得数据的质量，在对工作面底板整体含水性评价方面技术效果十分明显；且该方法可同时采用高频和低频两种探测信号，并根据探测环境条件进行对比探测，优选最佳工作参数，确保了探测工作效果。
文档编号G01V3/08GK102681017SQ20121017569
公开日2012年9月19日 申请日期2012年5月31日 优先权日2012年5月31日
发明者周杰民, 孙吉益, 崔焕玉, 李全明, 李智文, 李玉宝, 武延辉, 王玺瑞, 赵广淼, 赵立松, 郭培鹏 申请人:河北煤炭科学研究院