CN104090306B - 煤矿井下钻孔中径向含水异常体探测方法 - Google Patents

Abstract

一种煤矿井下钻孔中径向含水异常体探测方法，其包含以下步骤：步骤一：在井下巷道钻入探测孔，在探测孔的孔口位置设置一发射线框，设置有发射接收装置，步骤二：在探测孔内让三分量接收探头在多个设计测点按相同的角度固定，同时利用测斜装置记录各测点位置的方位角、倾角和横滚角；步骤三：将各个测点的测量信息分别记录并判断异常响应；步骤四：移动发射装置位置或改变发射装置角度，重复步骤二和步骤三；步骤五：对采集数据进行处理，得出钻孔周围低阻异常体位置的信息；本发明能提供对钻孔径向的低阻异常的定位功能，既扩大钻孔的控制范围，增强巷道迎头超前探测的精度，还能指出可能存在的含水构造目标，为下一步钻进方向给予指向。

Description

煤矿井下钻孔中径向含水异常体探测方法

技术领域

本发明涉及煤矿开采的物理勘探技术领域，尤其涉及一种采用煤矿井下钻孔人工源时间域电磁感应的煤矿井下钻孔中径向含水异常体探测方法。

背景技术

目前，随着煤矿开采深度的不断增加，含水构造的超前探测对煤矿安全生产意义重大。由于煤矿掘进迎头需要打大量超前探水钻孔，为达到对含水构造的范围控制，探水孔的密度很大，有时多达20个以上，耗费的时间和费用很高。

而人工源时间域电磁感应方法是利用不接地回线或接地电极向地下发送脉冲式或方波式一次电磁场，用线圈或接地电极观测由该脉冲电磁场感应的地下涡流产生的二次电磁场，通过对该二次场的空间和时间的分布分析来认识有关地质问题。由于回线源时间域电磁感应方法的接收装置不需要接地，属于非接触式测量，信号稳定容易处理，本发明的发明者认为采用该方法实现钻孔中物探是一个较好的选择。

为此，本发明的设计者有鉴于上述缺陷，通过潜心研究和设计，综合长期多年从事相关产业的经验和成果，研究设计出一种煤矿井下钻孔中径向含水异常体探测方法，以克服上述缺陷。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种煤矿井下钻 孔中径向含水异常体探测方法，其无需进行大量打孔就能提供对钻孔径向低阻异常的定位功能，扩大钻孔的控制范围，指出可能存在的含水构造目标。

为实现上述目的，本发明公开了一种煤矿井下钻孔中径向含水异常体探测方法，其特征在于包含以下步骤：

步骤一：在井下巷道钻入探测孔，在探测孔的孔口位置设置一发射线框，在所述发射线框后设置有发射接收装置，所述发射接收装置包含信号发射组件和信号接收组件，所述信号发射组件连接至所述发射线框；

步骤二：在探测孔内设置三分量接收探头，所述三分量接收探头与信号接收组件连接，按一定的深度间距让三分量接收探头在多个设计测点按相同的角度固定，同时利用测斜装置记录各测点位置的方位角、倾角和横滚角；

步骤三：将各个测点的测量信息分别记录至对应的采集通道，送入处理单元后以图形方式显示，并在图形中判断异常响应；

步骤四：三分量接收探头在一个设计测点内完成一次测量后，移动发射装置位置或改变发射装置角度，重复步骤二和步骤三；

步骤五：对采集数据进行处理，首先利用测斜装置记录的探头姿态信息将每个接收点接收的数据校准至相同角度，其次根据多测道图确定异常段并提取异常场，之后依据三分量接收信号组合特征确定低阻异常体相对钻孔所在的象限，最后通过水平分量和垂直分量信号的法线聚焦异常位置，得出钻孔周围低阻异常体位置的信息。

其中：还包含步骤六：在煤层中钻取多个探测孔，同时重复步骤一至步骤五，对每个探测孔数据进行联合解释，先根据钻孔信息建立立体空间图像，再将多个钻孔获得的低阻异常体位置信息共同显示在图像中，之后分析异常体互相之间的相关性，最后对相关度高的异常体进行组合，联合确定低阻异常体空间分布形态。

其中：所述孔口位于发射线框内或发射线框外。

其中：所述发射线框的边长不大于5m，其包含匝数大于10匝的发射线。

其中：在步骤三的判断异常响应时，通过Z分量图形曲线在异常位置会出现极值，X、Y分量图形曲线在异常位置会出现0点的基本原则，在异常点前后数据会变号来进行判断。

通过上述结构可知，本发明实现了如下技术效果：

1、提供对钻孔径向至少15m范围内的低阻异常的定位功能，一方面扩大钻孔的控制范围，增强巷道迎头超前探测的精度，另一方面能指出可能存在的含水构造目标，为下一步钻进方向给予指向；

2、在孔中开展地球物理探测工作，无需大量钻孔即可得到周围的含水构造异常分布，扩大钻孔径向控制范围，达到有效减少钻孔布设密度的目的。

本发明的详细内容可通过后述的说明及所附图而得到。

附图说明

图1显示了本发明的测量示意图。

具体实施方式

参见图1，显示了本发明煤矿井下钻孔中径向含水异常体探测方法的示意图。

其中该煤矿井下钻孔中径向含水异常体探测方法主要包含以下步骤：

步骤一：在井下巷道11内针对需要探测的地层钻入探测孔15，在探测孔15的孔口位置设置一发射线框14，在所述发射线框14后设置有发射接收装置，所述发射接收装置可包含信号发射组件13和信号接收组件12，所述信号发射组件13连接至所述发射线框14，以通过发射线框发射信号，所述发射接收装置还可包含高性能嵌入式CPU，以快速对采集的数据进行处理；

如图1所示，为对煤层18的周围进行探测，钻入探测孔15，在该实施例中，该探测孔15为水平孔，发射线框14布置在水平探测孔的孔口，操作人员可在巷道11内活动，以设置发射接收装置；

其中，所述孔口既可位于发射线框14内，也可位于发射线框14外；所述发射线框14的边长不大于5m，其包含匝数大于10匝的发射线；

步骤二：在探测孔15内设置三分量接收探头16，所述三分量接收探头16可接收信号发射组件13通过发射线框14发出的信号且与信号接收组件14(在一个实施例中可为多通道A/D采集装置)连接，按一定的深度间距让三分量接收探头16在多个设计测点按相同的角 度固定，信号接收组件12接收三分量接收探头16的三分量感应电动势信号，同时利用测斜装置(如测斜仪、电子罗盘等)记录测点位置的方位角、倾角、横滚角等信息)；

在具体设置中，通过孔口规定一个坐标系，如规定钻孔中心点为坐标原点，Z的正方向向钻孔内部，则根据笛卡尔坐标系规则，X正方向向右，Y正方向向下，在具体设置中，要求在钻孔中每一个测点上三分量接收探头16的XYZ三分量测量方向应该都与规定的坐标系正方向轴线一致，但在实际施工过程中，由于钻孔并非百分百直线，施工工艺也很难保证探头位置每次都精准的与坐标系轴线一致，所以为了纠偏，需要将每次测点上探头朝向相对规定好的坐标系的方位角、倾角、横滚角等信息记录下来，从能在后期处理中能将接收的信号校正为与规定的坐标系正方向轴线一致的数据；

其中，设计测点的多少、深度和位置根据煤层18的厚度、宽度等进行设置，在此不进行累述；

步骤三：将各个测点的测量信息分别记录至对应的采集通道，送入处理单元后可以图形方式显示在接收用的显示器上，或存至存储设备，并在图形中判断异常响应，根据显示图形可在认为有异常响应的位置进行复测或前后加密观测；

而在判断异常响应时，通过Z分量图形曲线在异常位置会出现极值，X、Y分量图形曲线在异常位置会出现0点的基本原则，在异常点前后数据会变号(由正变负或由负变正)；

步骤四：三分量接收探头16在一个设计测点内完成一次测量后， 移动发射装置位置或改变发射装置角度，重复步骤二和步骤三；

步骤五：对采集数据进行处理，首先利用测斜装置记录的探头姿态信息将每个接收点接收的数据校准至相同角度，其次根据多测道图确定异常段并提取异常场17，之后依据三分量接收信号组合特征确定低阻异常体相对钻孔所在的象限，最后通过水平分量和垂直分量信号的法线聚焦异常位置，得出钻孔周围低阻异常体位置的信息；

其中，这里的相同角度是孔口规定坐标系中的XYZ坐标正方向或指定角度(主要要求XY两个分量角度必须垂直，相差90度)；

其中，提取异常段可从数据中减掉无异常情况下的背景场，提取出纯异常场，之后根据XY两个分量曲线的形态，组合确定异常体在坐标系中XY平面的第一、二、三、四4个象限中的具体象限；

确定异常位置可通过画出水平分量和垂直分量每一点的切线，再对每一条切线做一条过切点的法线(垂线)，之后这些法线会在一定范围内互相交叉，在有的区域经过的法线多，有的区域经过的少，可选择法线密度最大的一个区域定位异常的位置；

本发明的方法还可包含如下步骤：

步骤六：在煤层中钻取多个探测孔，同时重复步骤一至步骤五，对每个探测孔数据进行联合解释，先根据钻孔信息建立立体空间图像，再将多个钻孔获得的低阻异常体位置信息共同显示在图像中，之后分析异常体互相之间的相关性，最后对相关度高的异常体进行组合，联合确定低阻异常体空间分布形态。

其中，联合解释是指，相邻钻孔可能对同一个异常体均有反映， 可以多次验证该异常体的存在和确定其位置，也可能单个钻孔反映的异常体信息较少，多个钻孔反映的异常体信息更全面，可以把多个钻孔解释的异常体信息放到一起考虑这一测区的异常体分布，给出一个更合理全面的物探解释。

其中，异常体组合的原理有很多种，例如根据反距离加权(距离近的异常体认为具有相关性)进行一些异常体的合并组合，合并后的异常体的形态自然不会是孤立一个点，有可能会形成连续的不规则形体(例如多个异常点可以连出一条曲(折)线)，自然可以确定出异常体的空间分布形态。

由此，通过本发明的方法可以在有限个(小于5个)探测孔的钻取中取得整个煤层的异常体分布。

通过上述结构可知，本发明的优点在于：

1、能在钻孔的径向提供低阻异常的定位功能(有效范围可达径向至少15m)，扩大钻孔的控制范围，增强迎头超前探测的精度；

2、能提供信息，指出可能存在的含水构造目标，为下一步钻进方向给予指向。

显而易见的是，以上的描述和记载仅仅是举例而不是为了限制本发明的公开内容、应用或使用。虽然已经在实施例中描述过并且在附图中描述了实施例，但本发明不限制由附图示例和在实施例中描述的作为目前认为的最佳模式以实施本发明的教导的特定例子，本发明的范围将包括落入前面的说明书和所附的权利要求的任何实施例。

Claims (4)

1.一种煤矿井下钻孔中径向含水异常体探测方法，其特征在于包含以下步骤：

步骤一：在井下巷道钻入探测孔，在探测孔的孔口位置设置一发射线框，在所述发射线框后设置有发射接收装置，所述发射接收装置包含信号发射组件和信号接收组件，所述信号发射组件连接至所述发射线框；

步骤二：在探测孔内设置三分量接收探头，所述三分量接收探头与信号接收组件连接，按一定的深度间距让三分量接收探头在多个设计测点按相同的角度固定，同时利用测斜装置记录各设计测点位置的方位角、倾角和横滚角；

步骤三：将各个设计测点的测量信息分别记录至对应的采集通道，送入处理单元后以图形方式显示，并在图形中判断异常响应；

步骤四：三分量接收探头在一个设计测点内完成一次测量后，移动发射线框位置或改变发射线框角度，重复步骤二和步骤三；

步骤五：对采集数据进行处理，首先利用测斜装置记录的探头姿态信息将每个接收点接收的数据校准至相同角度，其次根据多测道图确定异常段并提取异常场，之后依据三分量接收信号组合特征确定低阻异常体相对探测孔所在的象限，最后通过水平分量和垂直分量信号的法线聚焦异常位置，得出探测孔周围低阻异常体位置的信息；

步骤六：在煤层中钻取多个探测孔，同时重复步骤一至步骤五，对每个探测孔数据进行联合解释，先根据探测孔信息建立立体空间图像，再将多个探测孔获得的低阻异常体位置信息共同显示在图像中，之后分析异常体互相之间的相关性，最后对相关度高的异常体进行组合，联合确定低阻异常体空间分布形态。

2.如权利要求1所述的探测方法，其特征在于：所述孔口位于发射线框内或发射线框外。

3.如权利要求1所述的探测方法，其特征在于：所述发射线框的边长不大于5m，其包含匝数大于10匝的发射线。

4.如权利要求1所述的探测方法，其特征在于：在步骤三的判断异常响应时，通过Z分量图形曲线在异常位置会出现极值，X、Y分量图形曲线在异常位置会出现0点的基本原则，在异常点前后数据会变号来进行判断。