CN102385070A - 一种超长工作面无线电波透视ct测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超长工作面无线电波透视CT测试方法，利用工作面巷道条件，构建无线电波透视CT测试系统，进行面内构造探查，对在巷道中揭露及隐伏的断层、薄煤区、陷落柱等地质异常进行探查与解释，为工作面安全高效回采提供技术参数。

Description

一种超长工作面无线电波透视CT测试方法

技术领域

本发明涉及矿井地球物理勘探领域，具体为一种超长工作面无线电波透视CT测试方法。

背景技术

矿井工作面回采过程中存在诸多影响安全高效生产的地质因素，主要包括巷道揭露断层、煤层变薄区的延伸状况，以及面内隐伏断层、陷落柱等发育条件，综合机械化采煤程度越高要求对面内构造探查程度越精细。因此，综采工作面在回采前必须进行物探探测，查清内部构造及其异常特征，保证煤矿工作面的安全高效生产。

目前，对综采工作面内部构造的探查方法较多，主要包括电法CT、地震CT、音频电透视技术、无线电波透视技术等内容。在这些方法中，电法CT和地震CT需要人力较多，而且占用现场工作时间长，现场要求多方协调，操作程序复杂，通常是在构造复杂区使用。而无线电波透视技术为非接触式探测，现场操作简单，分辨能力好，因此在国内外倍受青睐并得到快速发展与应用。但是，现有的无线电波透视技术在数据采集方式也存在局限，现场工作费时费力，劳动强度大，不利于综合机械化采煤工作面的探查要求及发展。现场煤矿工作面多为走向长度长，有的达到2-3km，无线电波透视技术现有工作方法现场占用时间长，影响生产；工作面倾斜长度大，达到250-300m，其穿透能力有限。

发明内容

本发明的目的是提供一种超长工作面无线电波透视CT测试方法，以解决现有无线电波透视技术工作费时费力、占用时间长、穿透能力有限的问题。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案为：

一种超长工作面无线电波透视CT测试方法，其特征在于：采用无线电波透视仪，在矿井工作面的一个巷道中等间距布置有无线电波透视仪发射机的多个发射点，在另一个相邻巷道中等间距布置有无线电波透视仪接收机的多个接收点，所述无线电波透视仪通过发射机的发射点发射电磁波，所述电磁波穿过两巷道之间的矿井工作面后被无线电波透视仪接收机的接收点接收，最后将发射机的发射点、接收机的接收点相互换位再次测量；

对所述接收点接收到的电磁波信号进行处理，得到电磁波在两巷道之间工作面的场强分布数据，以及两巷道之间工作面对电磁波的吸收系数数据，再对所述场强分布数据、吸收系数数据进行反演分别得到电磁波在两巷道之间工作面的场强平面分布图、吸收系数分布图；

所述场强平面分布图中，场强值的高低代表两巷道之间工作面煤层结构的透过能力，其中高场强区对应正常煤层区，低场强区对应煤层结构异常区，利用场强值的分布差异可判断两巷道之间工作面内地质异常区赋存状况；所述吸收系数分布图中，高、低吸收区域分别代表两巷道之间工作面内不同煤层特征，其中高吸收区域对应煤层结构异常区，低吸收区域对应煤层正常区；通过所述场强平面分布图、吸收系数分布图，结合巷道掘进获得的平剖面地质资料，确定矿井工作面内构造及其异常特征。

所述的一种超长工作面无线电波透视CT测试方法，其特征在于：当矿井工作面走向长度在1000m以内时，采用一发一收方式，所述一发一收方式指采用一台无线电波透视仪，所述无线电波透视仪发射机的多个发射点等间距布置在矿井巷道工作面的一个巷道中，无线电波透视仪接收机的多个接收点等间距布置在另一个相邻巷道中，所述发射点发射的电磁波分别被接收点接收。

所述的一种超长工作面无线电波透视CT测试方法，其特征在于：当矿井工作面走向长度在1000m-2000m之间时，采用一发双收方式，所述一发双收方式指采用一台无线电波透视仪，所述无线电波透视仪有两个接收机，无线电波透视仪发射机的多个发射点等间距布置在矿井巷道工作面的一个巷道中，在另一个相邻巷道中一段等间距布置无线电波透视仪一个接收机的多个接收点，另一段等间距布置无线电波透视仪另一个接收机的多个接收点，所述发射机的发射点所发射的电磁波分别被两个接收机的接收点接收。

所述的一种超长工作面无线电波透视CT测试方法，其特征在于：当矿井工作面走向长度在2000m以上时，采用双发双收方式，所述双发双收方式指采用两台无线电波透视仪，两台无线电波透视仪各自发射机的发射点等间距排布构成的发射点群分别布置在矿井巷道工作面的一个巷道中，两台无线电波透视仪各自接收机的接收点等间距排布构成的接收点群分别布置在另一个相邻巷道中，且两台无线电波透视仪之间工作间距大于1000m，每个无线电波透视仪发射机的发射点所发射的电磁波分别被各自的接收机的接收点接收。

所述的一种超长工作面无线电波透视CT测试方法，其特征在于：煤层结构异常区判断时其高低异常标准是结合整个工作面区域进行的，在工作面布置条件相似条件下，场强分布值取观测平均值为标准，低于其值为低异常区；吸收系数分布值取计算平均值为标准，高于其值为高异常区；场强低值异常区与吸收系数高值异常区、揭露地质条件相吻合区域为探测解释异常位置，并根据场强异常值、吸收系数异常值差异大小半定量确定矿井工作面内构造及其异常特征。

本发明的优点为：

1、观测系统灵活：三种发射和接收观测系统能适应不同工作面条件要求，大大提高现场数据采集效率，增大实测数据量。

2、现场探测方法简便，编制的无线电波透视CT软件对数据处理自动化程度高，探测结果清晰直观、精度高，完全能满足采矿生产的技术要求。

3、数据处理参数多：结合实测场强曲线、场强分布、吸收系数等多组图像对比，进一步提高数据分析能力，提高勘探精度。能查明综采工作面巷道已揭露的落差1m以上的断层在工作面内的延展情况；能查明综采工作面内落差大于半个煤厚隐伏断层在工作面内的延展状况；能查明综采工作面内煤层厚度小于1m的“煤厚变薄带”的分布发育情况。

附图说明

图1为无线电波透视CT观测系统布置示意图，其中：

图1a为一发一收方式示意图，图1b为一发双收方式示意图，图1c为双发双收方式示意图。

图2为无线电波透视CT射线分布图。

图3为无线电波透视CT实测场强曲线图，其中：

图3a为1巷实测场强曲线图，图3b为2巷实测场强曲线图。

图4为无线电波透视CT场强分布图。

图5为无线电波透视CT吸收系统分布图。

图6为无线电波透视CT地质解释图。

具体实施方式

本发明是利用无线电波透视CT技术，对面内各种地质构造进行探查的一种物探技术。通过在工作面巷道布置测试系统，在一条巷道发射单频电磁波，另一条巷道接收该频率电磁波，根据工作面长度不同选择一发一收、一发双收、双发双收等观测系统进行数据采集，获得各个观测点的实测场强值。通过分析各个测点实测场强值曲线、场强分布及吸收系数分布等特征对面内构造进行预报，评价探测区域内构造范围及其具体特征。

本发明中：

1、如图1所示。图1a、图1b中实心黑圆表示发射点，空心白圆表示接收点。构建巷道电磁波观测系统，在工作面风巷、机巷及切眼等巷道构建测试系统，其中发射点位于一条巷道，接收点位于另一条巷道，发射点距通常为50m，接收点距通常为10m。接收方式可以为一发一收系统，工作时间通常为6+2min，数据接收点为17个，为正常工作方式；一发双收系统，工作时间可为8+2min，接收点数可为21个，为工作面走向长1000m以上的工作方式；双发双收系统，为工作面走向长度超过2000m的巷道选用工作方式，通常两套系统保持相对独立，其间距1000m，同步发射和接收。当发射和接收完成工作面走向长度后为第一轮测试，再交换发射和接收点巷道，重复其操作。

2、一发双收系统中一台无线电波透视仪需调制两台接收机，且两台接收机各自多个接收点构成的接收点群位于同一巷道，保持一定间距，保证数据的同步接收。采用一发双收观测系统，可以提高数据采集速度，节省现场探测时间，增加透射数据量，大大减轻探测人员的劳动强度；双发双收系统调制两台同一型号无线电波透视仪，保持两台无线电波透视仪之间工作间距大于1000m左右，可提高对长走向工作面的数据采集效率，且保证工作面透视CT数据能进行统一反演利用。

3、根据工作面实测场强平面分布图，获得接收平均场强值，分析面内主要构造异常分布。通过对实测场强的射线反演处理，可以得到实测场强平面分布图，场强值的高低代表煤层结构的透过能力，其中高场强为正常煤层区，低场强为煤层结构异常区，利用场强值的分布差异精细判断工作面内地质异常区赋存状况。该图类似于几何交汇图的解释效果，因去除人为主观因素，其结果更为直观可靠。同时结合工作面吸收系数反演结果分布，高低吸收区域分别代表不同煤层特征，其中高吸收为煤层结构异常区，低吸收为煤层正常区。最后结合巷道掘进获得的平剖面地质资料，进一步综合确定工作面内构造特征。

4、异常判断时其高低异常标准是结合整个工作面区域进行标定，通常在工作面布置条件相似条件下，场强分布值可以取观测平均值为标准，低于其值为低异常区；吸收系数分布值可以取计算平均值为标准，高于其值为高异常区。场强低异常区与吸收系数高异常区、揭露地质条件相吻合区域为探测解释异常位置，并根据异常值差异大小半定量评价构造特征。

具体实施过程如下：

（1）在工作面安装回采之前，结合工作面走向及倾斜长度条件，选择合适的数据采集系统，包括一发一收、一发双收和双发双收系统，布置巷道发射和接收点，进行现场透射数据采集；

（2）经过发射和接收巷道对换后，完成两轮数据采集，并结合现场条件对无效数据点或构造复杂区进行加密观测，补采相应的数据；

（3）根据工作面实测场强平面分布图，获得接收段平均场强值，分析工作面内主要构造异常分布，掌握测区内总的构造状况。通过对实测场强的射线反演处理，得到实测场强平面分布图，利用场强值的分布差异精细判断面内地质异常区赋存状况。结合工作面吸收系数反演结果，以及巷道掘进平、剖面地质资料，进一步综合确定面内构造特征，提交综合成果图，为生产提供技术指导。

探测实例：

为了获得13-1煤层开采工作面内部构造特征，在淮南矿业集团某矿工作面进行了工作面内无线电波透视CT探测技术研究，对此内部构造特征进行探查。因工作面走向长度超过1000m，为节省现场工作时间，在工作面探测中采用一发双收观测系统（如附图1b），现场工作效率极大提高。整个工作面射线分布如附图2，通过实测获得不同观测点的测试场强曲线如附图3及其场强分布如附图4。其中异常区的低场强分布特征极为明显。从附图5吸收系数分布图中可以看到异常区的具体形态和分布。图6为结合现有地质资料及探测成果给出的综合地质解释结果，对工作面中断层、煤厚变薄等区域进行了判定，为生产指明工作方向。后经工作面回采揭露对比，验证了各个异常区域的位置及特征，探测对构造判断的准确率在85%以上，对生产起到了很好的指导作用。

Claims (5)

1.一种超长工作面无线电波透视CT测试方法，其特征在于：采用无线电波透视仪，在矿井工作面的一个巷道中等间距布置有无线电波透视仪发射机的多个发射点，在另一个相邻巷道中等间距布置有无线电波透视仪接收机的多个接收点，所述无线电波透视仪通过发射机的发射点发射电磁波，所述电磁波穿过两巷道之间的矿井工作面后被无线电波透视仪接收机的接收点接收，最后将发射机的发射点、接收机的接收点相互换位再次测量；

对所述接收点接收到的电磁波信号进行处理，得到电磁波在两巷道之间工作面的场强分布数据，以及两巷道之间工作面对电磁波的吸收系数数据，再对所述场强分布数据、吸收系数数据进行反演分别得到电磁波在两巷道之间工作面的场强平面分布图、吸收系数分布图；

所述场强平面分布图中，场强值的高低代表两巷道之间工作面煤层结构的透过能力，其中高场强区对应正常煤层区，低场强区对应煤层结构异常区，利用场强值的分布差异可判断两巷道之间工作面内地质异常区特征状况；所述吸收系数分布图中，高、低吸收区域分别代表两巷道之间工作面内不同煤层特征，其中高吸收区域对应煤层结构异常区，低吸收区域对应煤层正常区；通过所述场强平面分布图、吸收系数分布图，结合巷道掘进获得的平剖面地质资料，确定矿井工作面内构造特征。

2.根据权利要求1所述的一种超长工作面无线电波透视CT测试方法，其特征在于：当矿井工作面走向长度在1000m以内时，采用一发一收方式，所述一发一收方式指采用一台无线电波透视仪，所述无线电波透视仪发射机的多个发射点等间距布置在矿井巷道工作面的一个巷道中，无线电波透视仪接收机的多个接收点等间距布置在另一个相邻巷道中，所述发射点发射的电磁波分别被接收点接收。

3.根据权利要求1所述的一种超长工作面无线电波透视CT测试方法，其特征在于：当矿井工作面走向长度在1000m-2000m之间时，采用一发双收方式，所述一发双收方式指采用一台无线电波透视仪，所述无线电波透视仪有两个接收机，无线电波透视仪发射机的多个发射点等间距布置在矿井巷道工作面的一个巷道中，在另一个相邻巷道中一段等间距布置无线电波透视仪一个接收机的多个接收点，另一段等间距布置无线电波透视仪另一个接收机的多个接收点，所述发射机的发射点所发射的电磁波分别被两个接收机的接收点接收。

4.根据权利要求1所述的一种超长工作面无线电波透视CT测试方法，其特征在于：当矿井工作面走向长度在2000m以上时，采用双发双收方式，所述双发双收方式指采用两台无线电波透视仪，两台无线电波透视仪各自发射机的发射点等间距排布构成的发射点群分别布置在矿井巷道工作面的一个巷道中，两台无线电波透视仪各自接收机的接收点等间距排布构成的接收点群分别布置在另一个相邻巷道中，且两台无线电波透视仪之间工作间距大于1000m，每个无线电波透视仪发射机的发射点所发射的电磁波分别被各自的接收机的接收点接收。

5.根据权利要求1所述的一种超长工作面无线电波透视CT测试方法，其特征在于：煤层结构异常区判断时其高低异常标准是结合整个工作面区域进行的，在工作面布置条件相似条件下，场强分布值取观测平均值为标准，低于其值为低异常区；吸收系数分布值取计算平均值为标准，高于其值为高异常区；场强低值异常区与吸收系数高值异常区、揭露地质条件相吻合区域为探测解释异常位置，并根据场强异常值、吸收系数异常值差异大小半定量确定矿井工作面内构造及其异常特征。

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