CN104678447B - 一种矿井直流电法数据采集系统及方法 - Google Patents
一种矿井直流电法数据采集系统及方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种高效矿井直流电法数据采集系统及方法，适用于煤矿井下巷道内对含水区域判断时使用。包括供电电源、测量主机、大缆接口转换器、测量大缆、电极接头、铜电极；通过布置测量大缆和拔插电极接头即可接通测量主机，在巷道内测深和超前探工作效率高、信噪比高、可人为控制提高测量数据质量；在跑极的时候不用再背负沉重的线架来回收放测量导线，仅需携带测量电极和地质锤进行跑极。
Description
技术领域
本发明设计一种数据采集系统及方法，尤其适用于煤矿井下巷道内对含水区域判断时使用的矿井直流电法数据采集系统及方法。
背景技术
我国是矿井事故多发的国家，矿井突水预测面临着严峻的考验。为了解决矿井水问题，电法勘探被广泛的应用于矿井的超前探测。目前在井下应用较广的井下电法方法主要是直流电法、高密度电法、时间域瞬变电磁法和无线电波透视法等。瞬变电磁法快捷，但受井下金属物干扰影响大，并且存在勘探盲区问题；无线电波透视只能用于解决工作面的问题，而无法解决顶底板的探测问题，存在方法上的缺点。然而井下直流电法存在诸多电磁法无法媲美的优点，被广泛应用于矿井水害预测中。
目前常见的矿井直流电法主要是高密度法和电测深法：高密度电法使用特制的大缆和电极，采用一次铺设电缆和电极，通过转换开关自动切换测量电极和供电电极，实现剖面和自动测深的测量，提高了测量效率。但是高密度法存在许多缺点，测量导线非常细，供电电流受到限制，测量的信噪比较低，有效探测深度较浅（约30m深度）。在实现自动测量时测量的数据质量不能人为控制，在干扰大的地方测量的数据质量差。接地不好的电极数量多时，排查起来繁杂。井下直流电法相对高密度法供电电流较大信噪比高，抗干扰能力强。在井下进行电测深时跑极人员每次跑极时要携带沉重的线架、电极和锤子等工具来回跑极，除劳动强度大之外，工作效率也较低。
发明内容
针对上述技术的不足之处，提供一种结构简单，使用方便，测量效率高的矿井直流电法数据采集系统及方法。
为实现上述技术目的，本发明的矿井直流电法数据采集系统及方法，包括供电电源、测量主机、大缆接口转换器、测量大缆、电极接头、铜电极；
所述测量大缆包括AB大缆和MN大缆，AB大缆和MN大缆两端分别设有公母连接头，AB大缆和MN大缆上分别标记有长度标示，所述AB大缆由A、B两根铜绞线构成，所述MN大缆由M、N两根铜绞线构成,AB大缆和MN大缆上均设有多个测量接口，测量接口上标有序号；
所述测量接口内设有上下两个金属触脚，设置在上的金属触脚分别与AB大缆的A线或MN大缆的M线导通连接，设置在下的金属触脚分别与AB大缆的B线或MN大缆的的N线导通连接，上下两个金属触脚之间绝缘；
所述电极接头上设有与测量接口内设有上下两个金属触脚相匹配的两个金属圆环触点，金属圆环触点分别连接两根导线，导线的末端连接有与大地耦合效果好的铜电极；
所述测量主机通过电源线与供电电源相连接，测量主机通过大缆接口转换器与AB大缆和MN大缆对应连接。
所述的供电电源为90V的电池盒；所述的测量主机型号为WDJD-2；所述AB大缆和MN大缆上每个测量接口的距离均为5m或者10m。
一种矿井直流电法数据采集方法，其步骤如下：
a. 将AB大缆与MN大缆的一端布置在巷道迎头处，并与测量主机连接，沿着工作面中间位置拖放AB大缆、MN大缆，直至布满整个工作面；
b. 将四个电极接头分别插入待测区域附近的AB大缆与MN大缆的测量接口中，并使四个电极接头连接的铜电极分别与AB大缆连接的A线铜极、B线铜极，以及MN大缆的M线铜极、N线铜极导通；
c. 当需要采用对称四极测量法时，将分别与A线铜极、B线铜极、M线铜极、N线铜极导通的四根铜电极插入待测区域的巷道底板中，四根铜电极按照A线铜极、M线铜极、N线铜极、B线铜极的电极顺序排列依次排列；
d.当地形限制，需要对井下巷道迎头处进行直流电测深时，需要采用三极测量法时，则断开测量主机与AB大缆中B线的连接，另取一捆普通导线，沿垂直于测量剖面的巷道放置导线，放置的导线长度为待测区域的剖面长度的6-8倍，此时三极测深的B电极为无穷远，将分别与A线铜极、M线铜极、N线铜极导通的三根铜电极插入待测区域的巷道底板中，三根铜电极按照A线铜极、M线铜极、N线铜极的电极顺序排列依次排列；
e.启动测量主机并进行参数设置，测量主机先正供电，然后停供，紧接着是负供，最后负供完后进行测量；供电电流顺着AB大缆最终通过与AB大缆相连的铜电极分别流入地层中，同时通过与MN大缆相连的铜电极测量地面的电位差，测量主机通过电测深得到的视电阻率绘制视电阻率断面图，通过等值线图中视电祖率较低的区域判断为含水的低阻体，之后在判断区域打钻验证，从而有效防止开采过程中遇到隐伏陷落柱或含水的构造带而引发透水事故。
有益效果：
本发明采用的粗芯供电大缆能够实现较大的大电流供给，增大勘探的深度和信噪比，此外大缆上设有多个测量接口，通过插拔带有电极接头的铜电极就可以直接对各个区域进行测试，同时可以将测量主机按需要安放在大缆的任意测量接口位置，跑极方便，不需要携带线架，方便工作人员测量，方便可靠；本测量系统除能够实现对称四极测深方法、三极测深、还可以完成井下三点三极超前探测；其结构简单，使用方便，可以轻松探测含水构造或含水陷落柱位置，对矿井水害防治具有重要的应用价值。
附图说明
图1是本发明的矿井直流电法数据采集系统结构示意图；
图2是本发明的矿井直流电法数据采集系统的电极接头和铜电极结构图；
图3是本发明的矿井直流电法数据采集系统的测量主机摆放在大缆的任意测量接口位置示意图
图4是本发明的矿井直流电法数据采集系统三极测深示意图。
图中：1-供电电源，2-测量主机，3-大缆接口转换器，4-测量大缆，5-电极接头，6-铜电极。
具体实施方式
下面结合附图和实施实例对本实用新型做进一步详细描述。
如图1和图2所示，本发明的矿井直流电法数据采集系统，其特征在于：它包括供电电源1、测量主机2、大缆接口转换器3、测量大缆4、电极接头5、铜电极6；测量主机2型号为WDJD-2，供电电源1为90V的电池盒。测量大缆4包括AB大缆和MN大缆，AB大缆和MN大缆两端分别设有公母连接头，AB大缆和MN大缆上每个测量接口的距离均为5m或者10m，AB大缆和MN大缆上分别标记有长度标示，所述AB大缆由A、B两根铜绞线构成，所述MN大缆由M、N两根铜绞线构成,AB大缆和MN大缆上均设有多个测量接口，测量接口上标有序号；所述测量接口内设有上下两个金属触脚，设置在上的金属触脚分别与AB大缆的A线或MN大缆的M线导通连接，设置在下的金属触脚分别与AB大缆的B线或MN大缆的的N线导通连接，上下两个金属触脚之间绝缘；所述电极接头5上设有与测量接口内设有上下两个金属触脚相匹配的两个金属圆环触点，金属圆环触点分别连接两根导线，导线的末端连接有与大地耦合效果好的铜电极6，铜电极6仅通过电极接头5上连接的两根延长导线选择与大缆中两根线的其中一根连接；测量主机2通过电源线与供电电源1相连接，测量主机2与AB大缆和MN大缆的大缆接口转换器3对应连接。
一种矿井直流电法数据采集方法，包括步骤如下：
a. 将AB大缆与MN大缆的一端布置在巷道迎头处，并与测量主机2连接，根据具体的施工情况，将测量主机2摆放在大缆的任意测量接口位置，沿着工作面中间位置拖放AB大缆、MN大缆与供电大缆，直至布满整个工作面；
b. 将四个电极接头5分别插入待测区域附近的AB大缆与MN大缆的测量接口中，并使四个电极接头5连接的铜电极6分别与AB大缆连接的A线铜极、B线铜极，以及MN大缆的M线铜极、N线铜极导通；
c. 当需要采用对称四极测量法时，将分别与A线铜极、B线铜极、M线铜极、N线铜极导通的四根铜电极6插入待测区域的巷道底板中，四根铜电极6按照A线铜极、M线铜极、N线铜极、B线铜极的电极顺序排列依次排列；
d.当地形限制，需要对井下巷道迎头处进行直流电测深时，需要采用三极测量法时，则断开测量主机2与AB大缆中B线的连接，另取一捆普通导线，沿垂直于测量剖面的巷道放置导线，放置的导线长度为待测区域的剖面长度的6-8倍，此时则三极测深的B电极为无穷远，将分别与A线铜极、M线铜极、N线铜极导通的三根铜电极6插入待测区域的巷道底板中，三根铜电极6按照A线铜极、M线铜极、N线铜极的电极顺序排列依次排列；
e.启动测量主机2并进行参数设置：选择工作模式直流电测深，设置测量参数线号、用于标记测量点的位置用的点号、装置系数K参数完毕后开始测量，测量主机2先正供电，然后停供，紧接着是负供，最后负供完后进行测量；供电电流顺着AB大缆最终通过与AB大缆相连的铜电极6分别流入地层中，同时通过与MN大缆相连的铜电极6测量地面的电位差，测量主机2测量得到自然电位sp、电位UMN 、电流IAB 、装置系数K、视电阻率ρs ，测量主机2通过电测深得到的视电阻率，绘制视电阻率断面图，通过等值线图中视电祖率较低的区域判断为含水的低阻体，之后在判断区域以打钻验证，从而有效防止开采过程中遇到隐伏陷落柱或含水的构造带而引法透水事故。
待测区域的测深范围为100m；当AB大缆或MN大缆拖放完后长度不够则通过设置的公母头连接另一根同类型的大缆进行延长。
四极测深时将四个铜电极6按顺序摆放在设计的位置，通过电极接头与测量大缆4上的测量接口连接，其中连接MN大缆的铜电极6先选取5米距离，在对M、N电极中点进行测深时，保持M、N铜电极6位置不变，当移动与AB大缆连接的代表A、B电极的铜电极6之间的距离变大时，M、N电极间的电位信号会减小，信噪比降低，将M、N电极距增大到15米，但是M、N的几何中心不变，在对M、N中点进行测深时，A、B电极距离分别为15、25、35、55、75、95、135、175、215、275、335米依次增大，但是A、B距离变化时几何中心保持与M、N电极几何中心一致，三极测深时通过电极结构5将铜电极6与A、M、N三根大缆连接，B电极放在垂直于测量剖面6-8倍于测量剖面长度处，M、N电极距离设置与对称四极一致，A极的移动距M、N中点的距离7.5、12.5、17.5、22.5、27.5、47.5、67.5、87.5、207.5、137.5、167.5米依次增大；使用点号标记电极的位置，从大缆首段为1号点，依次每5米增大一个点号，记录点对应于测深点的位置，即对应与对该点正下方进行测深；
在测量中，可以根据需要将测量主机放置在大缆的中间位置。如图4所示，通过电极接头5，将电极接头5上的延长导线的相应接线极连接。便实现了测量主机放置在大缆中部位置的测量。
Claims (5)
1.一种矿井直流电法数据采集系统，其特征在于：它包括供电电源（1）、测量主机（2）、大缆接口转换器（3）、测量大缆（4）、电极接头（5）、铜电极（6）；
所述测量大缆（4）包括AB大缆和MN大缆，AB大缆和MN大缆两端分别设有公母连接头，AB大缆和MN大缆上分别标记有长度标示，所述AB大缆由A、B两根铜绞线构成，所述MN大缆由M、N两根铜绞线构成,AB大缆和MN大缆上均设有多个测量接口，测量接口上标有序号；
所述测量接口内设有上下两个金属触脚，设置在上的金属触脚分别与AB大缆的A线或MN大缆的M线导通连接，设置在下的金属触脚分别与AB大缆的B线或MN大缆的的N线导通连接，上下两个金属触脚之间绝缘；
所述电极接头（5）上设有与测量接口内设有上下两个金属触脚相匹配的两个金属圆环触点，金属圆环触点分别连接两根延长导线，导线的末端连接有与大地耦合效果好的铜电极（6）；
所述测量主机（2）通过电源线与供电电源（1）相连接，测量主机（2）通过大缆接口转换器（3）与AB大缆和MN大缆对应连接。
2.根据权利要求1所述的矿井直流电法数据采集系统，其特征在于：所述的供电电源（1）为90V的电池盒。
3.根据权利要求1所述的矿井直流电法数据采集系统，其特征在于：所述的测量主机（2）型号为WDJD-2。
4.根据权利要求1所述的矿井直流电法数据采集系统，其特征在于：所述AB大缆和MN大缆上每个测量接口的距离均为5m或者10m。
5.一种使用权利要求1所述系统的矿井直流电法数据采集方法，其特征在于包括步骤如下：
a. 将AB大缆与MN大缆的一端布置在巷道迎头处，并与测量主机（2）连接，沿着工作面中间位置拖放AB大缆、MN大缆与供电大缆，直至布满整个工作面；
b. 将四个电极接头（5）分别插入待测区域附近的AB大缆与MN大缆的测量接口中，并使四个电极接头（5）连接的铜电极（6）分别与AB大缆连接的A线铜极、B线铜极，以及MN大缆的M线铜极、N线铜极导通；
c. 当需要采用对称四极测量法时，将分别与A线铜极、B线铜极、M线铜极、N线铜极导通的四根铜电极（6）插入待测区域的巷道底板中，四根铜电极（6）按照A线铜极、M线铜极、N线铜极、B线铜极的电极顺序排列依次排列；
d.当地形限制，需要对井下巷道迎头处进行直流电测深时，需要采用三极测量法时，则断开测量主机（2）与AB大缆中B线的连接，另取一捆普通导线，沿垂直于测量剖面的巷道放置导线，放置的导线长度为待测区域的剖面长度的6-8倍，此时则三极测深的B线铜极为无穷远，将分别与A线铜极、M线铜极、N线铜极导通的三根铜电极（6）插入待测区域的巷道底板中，三根铜电极（6）按照A线铜极、M线铜极、N线铜极的电极顺序排列依次排列；
e.启动测量主机（2）并进行参数设置，测量主机（2）先正供电，然后停供，紧接着是负供，最后负供完后进行测量；供电电流顺着AB大缆最终通过与AB大缆相连的铜电极（6）分别流入地层中，同时通过与MN大缆相连的铜电极（6）测量地面的电位差，测量主机（2）通过电测深得到的视电阻率，画视电阻率断面图，通过等值线图中视电阻率较低的区域判断为含水的低阻体，之后在判断区域以打钻验证，从而有效防止开采过程中遇到隐伏陷落柱或含水的构造带而引发透水事故。
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