CN102508311B - 巷道超前探测数据的多参数空间成图法 - Google Patents

巷道超前探测数据的多参数空间成图法 Download PDF

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CN102508311B CN 201110389923 CN201110389923A CN102508311B CN 102508311 B CN102508311 B CN 102508311B CN 201110389923 CN201110389923 CN 201110389923 CN 201110389923 A CN201110389923 A CN 201110389923A CN 102508311 B CN102508311 B CN 102508311B
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Abstract

本发明公开了一种巷道超前探测数据的多参数空间成图法，属于物探领域中的数据处理方法。本发明利用利用巷道超前探测的方法，得到以水平斜切图、垂直斜剖图和平剖图为依据生成的视电阻率等值线断面图、视电阻率对数等值线断面图和富水系数等值线断面图，结合这不同等值线断面图对异常情况综合分析。该方法可从多角度、多侧面反映探测区域的地质情况，最大限度地提取有效信息，对物探异常的可靠性、真实性进行准确分析、界定，可最大限度地减少井下物探工作的虚报、误报，为巷道掘进安全提供科学、有效的物探技术依据，杜绝和减少掘进突水事故的发生。

Description

巷道超前探测数据的多参数空间成图法
技术领域
本发明属于物探领域中的数据处理方法，特别涉及一种巷道超前探测数据的多参数空间成图法。
背景技术
巷道多维超前探测的目的就是探明探测控制范围内是否存在突水隐患，为巷道掘进安全及做好防治水工作提供物探技术依据。实际探测过程中除需要准确圈定异常的位置、形态和范围外，还需要对异常性质做出较为明确的地质分析与判断。
通常对探测数据的处理是将数据按照现有处理方法生成平面图，如生成视电阻率等值线平面图等，按照此等值线平面图对异常情况进行分析定位和定性。但是此种方法所用的分析参数单一，能够提供的异常的信息比较少。而且由于该分析参数系地面半空间物探环境直接引入井下全空间物探环境，其适用性、针对性、有效性均存在一些不足。最突出的两个问题是：煤矿井下低阻环境中含水异常低阻特征不明显以及巷道近端（浅部）低阻屏蔽问题。因此，探索、研究新的适合煤矿井下环境条件的分析参数及资料解释技术，对提高巷道超前探测技术效果具有十分重要的理论意义和现实意义。
申请号为201110095155.4的发明专利《巷道多方位超前探测方法》公开了一种用于巷道掘进时对巷道迎头前方及周边的含水体或其他不良地质体进行探测的方法，本发明将常规超前探测的“一维探测”拓展为“多维探测”和“空间探测”，可最大限度地查明巷道掘进波及范围内隐伏突水隐患情况，为掘进安全提供物探技术依据，令巷道迎头超前探测的探测范围、探测距离、工作效率得到大幅提升。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种能够从多方位反映巷道前方地质条件、提高巷道超前探测精度的巷道超前探测数据的多参数空间成图法。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种巷道超前探测数据的多参数空间成图法，包括如下步骤：
一、确定测量用三维立体坐标轴，首先在巷道空间内确定所述三维立体坐标轴的原点，以过原点且垂直于所述巷道迎头平面的水平横向直线为X轴，以过原点且垂直于X轴、平行于巷道迎头平面的水平纵向直线为Y轴，以过原点且垂直于所述XY平面的直线为Z轴；以所述X轴和Y轴组成的XY平面为仰俯角的零度角平面，以所述X轴和Z轴组成的XZ平面为水平方位角的零度角平面；执行下述第二步；
二、以所述三维立体坐标轴的原点为基准点，放置测量装置，调整测量装置进行探测，得到水平斜切图或垂直斜剖图，具体做法为：
当需要得到水平斜切图时，具体做法为：确定一个仰俯角α，过Y轴做与XY平面呈夹角为α的仰俯角平面，然后，过Z轴做两个与XZ平面夹角为β1和β2的水平方位角平面，所述仰俯角为α仰俯角平面上被这两个水平方位角平面所限制的部分称为水平斜切图；当需要得到垂直斜剖图时，具体做法为：确定一个水平方位角θ，过Z轴做与XZ平面呈夹角为θ的水平方位角平面，然后，过Y轴做两个与XY平面呈夹角为η1和η2的仰俯角平面，所述水平方位角为θ的水平方位角平面被这两个仰俯角平面所限制的部分称为垂直斜剖图；
将得到的水平斜切图或垂直斜剖图以视电阻率                                               
Figure 2011103899237100002DEST_PATH_IMAGE002
、视电阻率对数
Figure 2011103899237100002DEST_PATH_IMAGE004
和富水系数
Figure 2011103899237100002DEST_PATH_IMAGE006
中的一个或两个或三个为参数生成相应的视电阻率
Figure 452770DEST_PATH_IMAGE002
等值线平面图、视电阻率对数
Figure 369911DEST_PATH_IMAGE004
等值线平面图、富水系数
Figure 149648DEST_PATH_IMAGE006
等值线平面图；所述视电阻率对数
Figure 607174DEST_PATH_IMAGE004
与视电阻率
Figure 421546DEST_PATH_IMAGE002
之间的关系为：
Figure 2011103899237100002DEST_PATH_IMAGE008
；在与水平斜切图相对应的视电阻率
Figure 244009DEST_PATH_IMAGE002
等值线平面图中任意一个水平方位角所对应的测量直线上，或在与垂直斜剖图相对应的视电阻率
Figure 511042DEST_PATH_IMAGE002
等值线平面图中任意一个仰俯角所对应的测量直线上，取N个视电阻率
Figure 2011103899237100002DEST_PATH_IMAGE010
（
Figure 2011103899237100002DEST_PATH_IMAGE012
），所述富水系数
Figure 2011103899237100002DEST_PATH_IMAGE014
与视电阻率
Figure 772259DEST_PATH_IMAGE010
之间的关系为：
Figure DEST_PATH_IMAGE016
；
当需要得到平剖图时，执行下属第三步；否则，执行下述第四步；
三、得到平剖图的具体做法为：首先，按照上述第二步中所述，得到由三个以上水平斜切图或垂直斜剖图组成的水平斜切图组或垂直斜剖图组；然后，根据需要执行下述A步或B步：
A、在Z轴上确定一个坐标点，过此坐标点做垂直于Z轴的平面，此平面与所述水平斜切图组或垂直斜剖图组相交得到的平面称为平剖图；将平剖图以视电阻率
Figure 503455DEST_PATH_IMAGE002
、视电阻率对数
Figure 496819DEST_PATH_IMAGE004
和富水系数
Figure 251148DEST_PATH_IMAGE006
中的一个或两个或三个为参数生成相应的视电阻率
Figure 551942DEST_PATH_IMAGE002
等值线平面图、视电阻率对数等值线平面图、富水系数
Figure 505171DEST_PATH_IMAGE006
等值线平面图；执行下述第四步；
B、将水平斜切图组或垂直斜剖图组以视电阻率
Figure 746797DEST_PATH_IMAGE002
、视电阻率对数
Figure 84237DEST_PATH_IMAGE004
和富水系数
Figure 727708DEST_PATH_IMAGE006
中的一个或两个或三个为参数生成相应的视电阻率
Figure 62874DEST_PATH_IMAGE002
等值线平面图组、视电阻率对数
Figure 791796DEST_PATH_IMAGE004
等值线平面图组、富水系数
Figure 932927DEST_PATH_IMAGE006
等值线平面图组；在上述等值线平面图组中，按照上述第A步中得到平剖图的方法，得到视电阻率等值线平面图、视电阻率对数
Figure 202552DEST_PATH_IMAGE004
等值线平面图、富水系数
Figure 153190DEST_PATH_IMAGE006
等值线平面图的平剖图；执行下述第四步；
四、将上述步骤中得到的水平斜切图、垂直斜剖图、平剖图所对应的视电阻率等值线平面图、视电阻率对数
Figure 450496DEST_PATH_IMAGE004
等值线平面图、富水系数等值线平面图综合分析。
所述三维立体坐标轴以巷道迎头平面的中心点或巷道迎头平面底边的中点作为原点。
采用上述技术方案取得的技术进步为：该方法可从多角度、多侧面反映探测区域的地质情况，最大限度地提取有效信息；本发明可准确刻画物探异常的空间位置、形态，并对异常性质，如是老空水，还是导水断层、含水陷落柱等含水类型进行准确定性，在确保探测结果的唯一性方面意义重大；采用本发明提出的视电阻率对数(
Figure 830979DEST_PATH_IMAGE004
)、富水系数(
Figure 827097DEST_PATH_IMAGE006
)等新的分析参数，可有效解决常规视电阻率单一参数、在井下低阻环境中含水异常导致低阻特征不突出以及巷道近端（浅部）低阻屏蔽的弊端；采用本发明提出的多种分析参数，绘制巷道迎头超前探测多参数对比解释图，可以从不同侧面、不同角度互相验证、互为补充，对物探异常的可靠性、真实性进行准确分析、界定，可最大限度地减少井下物探工作的虚报、误报，为巷道掘进安全提供科学、有效的物探技术依据，杜绝和减少掘进突水事故的发生。
附图说明
图1为实施例1中仰俯角为-15°，水平方位角为左60°～右75°的水平斜切图对应的视电阻率
Figure 299666DEST_PATH_IMAGE002
等值线平面图；
图2为与图1相对应的富水系数
Figure 413116DEST_PATH_IMAGE006
等值线平面图；
图3为与图1相对应的视电阻率对数
Figure 338347DEST_PATH_IMAGE004
等值线平面图；
图4为实施例1中水平方位角为0°，仰俯角为+10°~-45°的垂直斜剖图对应的视电阻率对数
Figure 624971DEST_PATH_IMAGE004
等值线平面图；
图5为实施例2中仰俯角为+45°，水平方位角为0°~左29°的水平斜切图对应的视电阻率对数
Figure 686468DEST_PATH_IMAGE004
等值线平面图；
图6为实施例2中水平方位角为左11°，仰俯角为+35°~+65°的垂直斜剖图对应的视电阻率对数
Figure 970819DEST_PATH_IMAGE004
等值线平面图；
图7为实施例2中过顶板45m高度平面所做的平剖图相对应的视电阻率对数
Figure 383346DEST_PATH_IMAGE004
等值线平面图。
具体实施方式
实施例1
利用巷道超前探测数据的多参数空间成图法，对开滦集团范各庄矿井下巷道迎头进行多方位超前探测，包括如下步骤：
一、首先确定测量用三维立体坐标轴，所述三维立体坐标轴以距离巷道迎头平面5米且与迎头平面底边的中心点同处于X轴的点为原点，以过原点且垂直于所述巷道迎头平面的水平横向直线为X轴，以过原点且垂直于X轴、平行于巷道迎头平面的水平纵向直线为Y轴，以过原点且垂直于所述XY平面的直线为Z轴；以所述X轴和Y轴组成的XY平面为仰俯角的零度角平面，以所述X轴和Z轴组成的XZ平面为水平方位角的零度角平面；
二、以所述三维立体坐标轴的原点为基准点，放置测量装置，按照巷道多方位超前探测方法（申请号：201110095155.4），调整测量装置进行探测，得到水平斜切图，具体做法为：确定一个仰俯角α，将仰俯角定为-15°，过Y轴做与XY平面呈夹角为-15°的仰俯角平面，此时仰俯角平面位于XY平面的下方；然后，过Z轴做两个与XZ平面夹角为左60°和右75°的水平方位角平面，所述仰俯角为-15°仰俯角平面上被这两个水平方位角平面所限制的部分即为仰俯角为-15°、水平方位角为-75°~+60°水平斜切图；将所述水平斜切图以视电阻率
Figure 473662DEST_PATH_IMAGE002
、富水系数
Figure 655244DEST_PATH_IMAGE006
和视电阻率对数为参数生成相应的视电阻率
Figure 744740DEST_PATH_IMAGE002
等值线平面图、富水系数
Figure 373168DEST_PATH_IMAGE006
等值线平面图和视电阻率对数
Figure 674836DEST_PATH_IMAGE004
等值线平面图，如图1至图3所示；
按照上述做法得到垂直斜剖图：确定一个水平方位角θ，将水平方位角定为0°，过Z轴做与XZ平面呈夹角为0°的水平方位角平面，即此时的水平方位角平面即为XZ平面；然后，过Y轴做两个与XY平面呈夹角为-45°（位于XY平面下方）和+10°（位于XY平面上方）的仰俯角平面，此时XZ平面被这两个仰俯角平面所限制的部分即为仰俯角为0°、水平方位角为-45°~+10°的垂直斜剖图，将所述垂直斜剖图以视电阻率对数
Figure 35410DEST_PATH_IMAGE004
为参数生成相应的视电阻率对数
Figure 422529DEST_PATH_IMAGE004
等值线平面图，如图4所示；
四、将上述得到的图1至图4结合起来，对巷道迎头前方的异常情况进行综合分析。
通过上述可知，对于开滦集团范各庄矿井下巷道迎头多方位超前探测成果，对同一套数据采用多个参数的解释曲线图进行对比来分析巷道迎头前方的异常情况。图1为仰俯角为-15°、水平方位角为-60°～+75°的水平斜切图对应的视电阻率
Figure 792331DEST_PATH_IMAGE002
等值线平面图，图2为与图1相对应的富水系数
Figure 246708DEST_PATH_IMAGE006
等值线平面图，图3为与图1相对应的视电阻率对数
Figure 43763DEST_PATH_IMAGE004
等值线平面图，图4为水平方位角为0°、仰俯角为+10°~-45°的垂直斜剖图对应的视电阻率对数
Figure 652598DEST_PATH_IMAGE004
等值线平面图。
图1为国内外普遍采用的是常规参数—视电阻率
Figure 826091DEST_PATH_IMAGE002
，图中低阻异常区范围大、含水异常形态很难确定，视电阻率
Figure 899089DEST_PATH_IMAGE002
参数显示的技术效果不明显；图2为图1相对应的富水系数
Figure 867045DEST_PATH_IMAGE006
等值线平面图，技术效果略好于图1；图3为本专利提出的与图1相对应的视电阻率对数
Figure 963177DEST_PATH_IMAGE004
等值线平面图，从图3中可以很清楚的观察到该探测区域中的异常为一条带状低阻区。为了更好地了解此带状低阻区的详细情况，又得到图4，即仰角为+10°~-45°、水平方位角为0°的垂直斜剖图对应的视电阻率对数等值线平面图，综合图3、图4可以断定该带状低阻区为一条导水断层。
后来，矿方根据探测结果，及时修改设计，提前拐切眼，避免了一起掘进突水事故。
同样情况，针对不同环境条件、不同生产问题，采用多参数对比分析法，从中选择最有效参数及参数组合进行解释，可大大提高解释的准确性和探测结果的唯一性，为生产安全提供科学、有效的技术依据。
实施例2
对吉煤集团西安矿井下小窑积水采空区采用巷道超前探测数据的多参数空间成图法进行探测，包括如下步骤：
一、以实施例1中的第一步相同，确定测量用三维立体坐标轴的操作，此时三维立体坐标轴以距离巷道迎头平面4米且与迎头平面底边的中心点同处于X轴的点为原点；
二、以第一步三维立体坐标轴的原点为基准点，放置测量装置，调整所述测量装置，按照巷道多方位超前探测方法（申请号：201110095155.4）进行探测得到水平斜切图：首先确定一个仰俯角α，将仰俯角α定为+45°，过Y轴做与XY平面呈夹角为+45°的仰俯角平面，此平面位于XY平面的上方；将两个水平方位角的范围定为0°~左29°，过Z轴，做两个与XZ平面呈夹角为0°和左29°的水平方位角平面，所述仰俯角为+45°的仰俯角平面被这两个水平方位角平面所限制的部分即为仰俯角为+45°、水平方位角为0°~左29°的水平斜切图；
按照下述做法得到垂直斜剖图：确定水平方位角θ，将水平方位角定为左11°，过Z轴做与XZ平面呈夹角为11°的水平方位角平面，将仰俯角的辐射范围定为+35°~+65°，过Y轴做两个与XY平面呈夹角为+35°~+65°的仰俯角平面，这两个仰俯角平面将夹角为11°的水平方位角平面限制的部分即为水平方位角为左11°、仰俯角为+35°~+65°的垂直斜剖图；
将所述水平斜切图和垂直斜剖图以视电阻率对数为参数得到视电阻率对数等值线平面图，如图5和图6所示；
三、按照上述第二步中的方法，变换仰俯角，得到仰俯角为+35°、+45°、+55°、+65°的水平斜切图图组；将所述水平斜切图组以视电阻率对数
Figure 324571DEST_PATH_IMAGE004
为参数生成相应的视电阻率对数
Figure 574287DEST_PATH_IMAGE004
等值线平面图组；在Z轴上确定一个坐标点，此坐标点距离巷道顶板的高度为45米，过此坐标点做垂直于Z轴的平面，此平面与所述视电阻率对数
Figure 621877DEST_PATH_IMAGE004
等值线平面图组相交得到的平面称为平剖图相对应的视电阻率对数
Figure 931636DEST_PATH_IMAGE004
等值线平面图，如图7所示；
四、将上述步骤中得到的水平斜切图、垂直斜剖图和平剖图所对应的视电阻率对数
Figure 2360DEST_PATH_IMAGE004
等值线平面图综合分析。
图5为实施例2中仰俯角为+45°、水平方位角为0°~左29°的水平斜切图对应的视电阻率对数
Figure 55767DEST_PATH_IMAGE004
等值线平面图，图6为水平方位角为左11°、仰俯角为+35°~+65°的垂直斜剖图相对应的视电阻率对数
Figure 459329DEST_PATH_IMAGE004
等值线平面图。由于这两个图与小窑井底车场空间上呈斜切关系，小窑巷道主要集中在施工巷道上方45m高度的水平面上，因此，两种解释图对小窑积水区的描述误差较大，低阻区远大于实际积水范围，很难实现对小窑积水空区大小、位置、范围的准确刻画。
图7为得到一组水平斜切图组之后，在过顶板45m高度，从水平斜切图组上得到的平剖图对应的视电阻率对数
Figure 939988DEST_PATH_IMAGE004
等值线平面图，从空间上理解，该图直接切过小窑巷道平面，对小窑积水区范围及位置的描述十分精准，从而为矿方疏放老空水提供了重要技术依据。
目前，该成果已为生产揭露所证实。
本方法仅以实际测量中较常用的一些方位作为参考规定测量时使用的三维立体坐标轴的XYZ轴，在实际施工过程中，施工人员根据需要自行确定三维坐标轴即可。
本发明仅详细介绍了应用巷道多方位超前探测方法（申请号：201110095155.4）的两个具体实施例，在实际应用中专业技术人员可根据实际需要使用适宜的探测方法进行。
在实际探测过程中，视情况决定需要水平斜切图、垂直斜剖图还是水平斜切图组、垂直斜剖图组，根据实际地质条件确认测量用的仰俯角和水平方位角等。本发明仅是给出多参数成图方法的基本思路，实际使用过程中，根据自行需要灵活使用。

Claims (2)

1.一种巷道超前探测数据的多参数空间成图法，其特征在于包括如下步骤：
一、确定测量用三维立体坐标轴，首先在巷道空间内确定所述三维立体坐标轴的原点，以过原点且垂直于所述巷道迎头平面的水平横向直线为X轴，以过原点且垂直于X轴、平行于巷道迎头平面的水平纵向直线为Y轴，以所述X轴和Y轴组成的XY平面为仰俯角的零度角平面，以过原点且垂直于所述XY平面的直线为Z轴，以所述X轴和Z轴组成的XZ平面为水平方位角的零度角平面；执行下述第二步；
二、以所述三维立体坐标轴的原点为基准点，放置测量装置，调整测量装置进行探测，得到水平斜切图或垂直斜剖图，具体做法为：
当需要得到水平斜切图时，具体做法为：确定一个仰俯角α，过Y轴做与XY平面呈夹角为α的仰俯角平面，然后，过Z轴做两个与XZ平面夹角为β1和β2的水平方位角平面，所述仰俯角为α仰俯角平面上被这两个水平方位角平面所限制的部分称为水平斜切图；当需要得到垂直斜剖图时，具体做法为：确定一个水平方位角θ，过Z轴做与XZ平面呈夹角为θ的水平方位角平面，然后，过Y轴做两个与XY平面呈夹角为η1和η2的仰俯角平面，所述水平方位角为θ的水平方位角平面被这两个仰俯角平面所限制的部分称为垂直斜剖图；
将得到的水平斜切图或垂直斜剖图以视电阻率 、视电阻率对数
Figure 185674DEST_PATH_IMAGE002
和富水系数
Figure 2011103899237100001DEST_PATH_IMAGE003
中的一个或两个或三个为参数生成相应的视电阻率
Figure 662792DEST_PATH_IMAGE004
等值线平面图、视电阻率对数等值线平面图、富水系数等值线平面图；所述视电阻率对数
Figure 159119DEST_PATH_IMAGE002
与视电阻率
Figure 642053DEST_PATH_IMAGE001
之间的关系为：
Figure 176940DEST_PATH_IMAGE006
；在与水平斜切图相对应的视电阻率
Figure 352706DEST_PATH_IMAGE004
等值线平面图中任意一个水平方位角所对应的测量直线上，或在与垂直斜剖图相对应的视电阻率
Figure 340254DEST_PATH_IMAGE001
等值线平面图中任意一个仰俯角所对应的测量直线上，取N个视电阻率
Figure 2011103899237100001DEST_PATH_IMAGE007
，i=1，…，N，所述富水系数
Figure 689196DEST_PATH_IMAGE008
与视电阻率
Figure 2011103899237100001DEST_PATH_IMAGE009
之间的关系为：
Figure 878256DEST_PATH_IMAGE010
；
当需要得到平剖图时，执行下述第三步；否则，执行下述第四步；
三、得到平剖图的具体做法为：首先，按照上述第二步中所述，得到由三个以上水平斜切图或垂直斜剖图组成的水平斜切图组或垂直斜剖图组；然后，根据需要执行下述A步或B步：
A、在Z轴上确定一个坐标点，过此坐标点做垂直于Z轴的平面，此平面与所述水平斜切图组或垂直斜剖图组相交得到的平面称为平剖图；将平剖图以视电阻率
Figure 224924DEST_PATH_IMAGE001
、视电阻率对数
Figure 699767DEST_PATH_IMAGE002
和富水系数
Figure 790083DEST_PATH_IMAGE005
中的一个或两个或三个为参数生成相应的视电阻率
Figure 33983DEST_PATH_IMAGE001
等值线平面图、视电阻率对数
Figure 285972DEST_PATH_IMAGE002
等值线平面图、富水系数
Figure 248112DEST_PATH_IMAGE005
等值线平面图；执行下述第四步；
B、将水平斜切图组或垂直斜剖图组以视电阻率
Figure 876540DEST_PATH_IMAGE001
、视电阻率对数
Figure 243455DEST_PATH_IMAGE002
和富水系数
Figure 666346DEST_PATH_IMAGE003
中的一个或两个或三个为参数生成相应的视电阻率
Figure 115782DEST_PATH_IMAGE004
等值线平面图组、视电阻率对数
Figure 547900DEST_PATH_IMAGE002
等值线平面图组、富水系数等值线平面图组；在上述等值线平面图组中，按照上述第A步中得到平剖图的方法，得到视电阻率等值线平面图、视电阻率对数
Figure 31337DEST_PATH_IMAGE002
等值线平面图、富水系数
Figure 267146DEST_PATH_IMAGE005
等值线平面图的平剖图；执行下述第四步；
四、将上述步骤中得到的水平斜切图、垂直斜剖图、平剖图所对应的视电阻率
Figure 343074DEST_PATH_IMAGE001
等值线平面图、视电阻率对数
Figure 373347DEST_PATH_IMAGE002
等值线平面图、富水系数等值线平面图综合分析。
2.根据权利要求1所述的巷道超前探测数据的多参数空间成图法，其特征在于所述三维立体坐标轴以巷道迎头平面的中心点或巷道迎头平面底边的中点作为原点。
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