CN107085243B - 一种补平场强的测定方法及成图系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种补平场强的测定方法，假设一工作面地质条件理想，无地质异常，煤厚变化较小，在用补平场强成像时，把无线电波透视工作面沿横向纵向划分成有不同补平场强值H_xy的若干小单元格，每一单元格内补平场强值为通过该单元格所有路径的补偿场强H_bc的平均值，计算出单个网格里单个路径的补偿场强H_bc，再计算出单个网格的补平场强值H_xy，以此类推，计算出工作面内所有网格的补平场强值。本发明还公开了一种采用上述测定方法的成像系统。本发明的优点在于：所得的成果图能直观的反映工作面各区域补平场强值的变化，与实测场强曲线图的所反映的实测场强值变化一致，从而方便技术人员来分析被探测工作面内地质异常赋存情况。

Description

一种补平场强的测定方法及成图系统

技术领域

本发明涉及煤炭综采工作面的探测技术，更具体涉及一种补平场强的测定方法及成图系统。

背景技术

在工作面探测中，无线电波透视因仪器轻便、数据采集方便迅速、所需人员较少、透视距离较大、探测效果显著，成为综采工作面有效的物探方法之一，为最普遍采用的工作面地质异常物探手段。

无线电波透视资料解释主要参数为实测场强值。对于实测场强值，传统的解释方法主要是通过实测场强曲线变化来判断异常的覆盖范围，通常是利用直尺等工具在纸质采掘平面图上进行几何交会法分析，得出异常区范围。这种方法在煤矿上曾普遍使用。但是该方法分析过程繁琐，需要手工绘制，不适合计算机处理，特别对实测场强值存在跳跃性变化的时候，主观随意性较大，难以准确判断异常范围。因此，如何利用实测场强值作出平面图，直观的体现工作面内地质异常区范围，以达到较为准确预报地质异常，对安全生产具有重要的指导意义。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于提供了一种提高了坑透异常区划分的准确性，为煤矿的安全生产提供了保障的补平场强测定方法以及成图系统。

本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：一种测定工作面各区域的补平场强的方法，其具体步骤如下：

假设一工作面地质条件理想，无地质异常，煤厚变化较小，对于这样的工作面可认为β为一定值，任一发射点对应实测场强最大值观测位置为发射点垂线所在位置O，对应的实测场强值为H₁，其接收点O到发射点A直线距离为r₁，对于风巷和机巷平行的工作面，r₁通常为工作面宽度，则有：

接收段任一接收点B到O点的偏移距OB通常≤接收段距离的1/2，到发射点A直线距离为r_i，对应的实测场强值为H_i，则有：

由式(1)和式(2)相比可得：

式(3)中我们称之为“补偿因子”，称之为补偿场强H_bc，由式(3)可得：

在用补平场强成像时，把无线电波透视工作面沿横向纵向划分成有不同补平场强值H_xy的若干小单元格，每一单元格内补平场强值H_xy为通过该单元格所有路径的补偿场强H_bc的平均值，如下式所示：

式(5)中n表示通过某单元格(像元)的路径数量，H_bci为第i条路径的补偿场强。在无异常工作面段选取多个路径通过式(4)计算出多个吸收系数β，取平均值β，选取一基准路径r代替式(3)中的r₁，已知β、r₁通过式(3)计算出单个网格里单个路径的补偿场强H_bc，再通过式(5)计算出单个网格的补平场强值H_xy，以此类推，计算出工作面内所有网格的补平场强值H_xy。

本发明还提供了一种成像系统，包括场强测定模块以及成像模块，所述场强测定模块用来测定工作面各区域的补平场强，所述成像模块，根据场强测定模块测定的补平场强制作图像，所述测定工作面各区域的补平场强的具体步骤如上述方案所述。

所述图像为工作面内所有网格的补平场强值的等值线图，

所述图像是通过sufer软件制作。

本发明相比现有技术具有以下优点：本发明用于煤矿工作面无线电波透视成图解释。成图系统所得的成果图能直观的反映工作面各区域补平场强值的变化，与实测场强曲线图的所反映的实测场强值变化一致，从而方便技术人员来分析被探测工作面内地质异常赋存情况。

在实际应用时，将该成像图粘贴到回采工作面电子图上，可以方便的进行地质异常区的解释和圈定。该成像图可以得到类似于平面交汇法的解释效果，但是又避免了人为的主观因素，所得结果更为直观可靠，解释效率大大提高，该系统的使用提高了坑透异常区划分的准确性。

并且本发明操作方便、简单，

附图说明

图1为无线电波坑道透视定点法发射与接收范围示意图；

图2为工作面网格化图；

图3为单元格补平场强值Hxy计算示意图；

图4为补平场强成像示意图；

图5为采用实测场强补偿法得到的工作面网格化数据截图。

具体实施方式

下面对本发明的实施例作详细说明，本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

井下观测方法有同步法和定点法两种方式。同步法效率低，较少采用，坑透工作通常采用定点法。定点法是发射机相对固定于某巷道事先确定好的发射点位置上，接收机在相邻巷道一定范围内逐点沿巷道观测场强值。接收点距一般为10m，发射点距据工作面宽度以及构造复杂情况，可适当调整，通常为50～80m。对于工作面宽150m以下，通常的设计为发射点距50m，接收段长100m，而对于工作面宽在150m以上的，通常设计发射点距80m，接收段长160m。对于地质构造复杂地段，适当加密发射点数，确保有足够射线覆盖，保证透视成像质量。定点法如图1所示。

该实施例中采用的无线电波透视仪器为WKT—E型，生产厂家为煤炭科学研究总院重庆分院，工作频率有0.3、0.5、1.5MHz。

工作面无线电波透视法采用偶极子天线发射，在介质中任意点的磁场表达式可表示为：

式中：H₀为决定于发射功率和天线周围介质的初始场强，β为介质对电磁波

能量的吸收系数，r为观测点到辐射源的直线距离，sinθ为方向性因子。

由于θ为发射天线轴与接收点方向间的夹角，现场探测时，发射天线轴采用垂向布置，与对面巷道接收点的夹角，对于水平煤层来说，θ始终为90°，对于倾斜煤层来说，发射点与接收点连线的倾角相当于煤层的伪倾角，θ为90°与伪倾角只差，在偏心角α≤30°的条件下，由于伪倾角变化很小，θ值可近似为常数。因此，对同一接收巷道中实测场强值来说，sinθ可视为常数，因此上式可简化为：

本发明提供的补平场强成像系统包括场强测定模块以及成像模块，所述场强测定模块用来测定工作面各区域的补平场强，所述成像模块，根据场强测定模块测定的补平场强制作补平场强值的等值线图。

所述测定工作面各区域的补平场强的具体步骤如下：

假设一工作面地质条件理想，无地质异常，煤厚变化较小，对于这样的工作面可认为β为一定值，任一发射点对应实测场强最大值观测位置为发射点垂线所在位置O，对应的实测场强值为H₁，其接收点O到发射点A直线距离为r₁，见图1，对于风巷和机巷平行的工作面，r₁通常为工作面宽度，则有：

接收段任一接收点B到O点的偏移距OB通常≤接收段距离的1/2，到发射点A直线距离为r_i，对应的实测场强值为H_i，则有：

由式(1)和式(2)相比可得：

式(3)中我们称之为“补偿因子”，称之为补偿场强H_bc。由式(3)可得：

在用补平场强成像时，把无线电波透视工作面沿横向纵向划分成有不同补平场强值H_xy的若干小单元格(像元)，如图2所示。每一单元格内补平场强值H_xy为通过该单元格所有路径的补偿场强H_bc的平均值，如下式所示：

式(5)中n表示通过某单元格(像元)的路径数量，H_bci为第i条路径的补偿场强。在无异常工作面段选取多个路径通过式(4)计算出多个吸收系数β，取平均值β，选取一基准路径r代替式(3)中的r₁，已知β、r₁通过式(3)计算出单个网格里单个路径的补偿场强H_bc，再通过式(5)计算出单个网格的补平场强值H_xy，以此类推，计算出工作面内所有网格的补平场强值H_xy，如图3所示。

在地质异常存在的范围，由于实测场强值降低，因此其补平场强值H_xy值也降低，在无异常工作面段，实测场强值高，补平场强H_xy值也高。从而能直观地反映工作面内地质异常的分布位置。

工作面内每个网格的补平场强H_xy获得后，再通过sufer软件得到H_xy值等值线图，该图能直观的反映工作面各区域H_xy值的变化，从而方便技术人员来分析被探测工作面内地质异常赋存情况，该补偿成像图可以得到类似于平面交汇法的解释效果，但是又避免了人为的主观因素，所得结果更为直观可靠，解释效率大大提高，如图4所示。

上述场强补偿法成图效果检验如下所述。

淮南矿业集团谢桥矿11326工作面，该面走向长1520m，倾斜长210m，采用无线电波透视技术进行工作面内地质构造探查。探测仪器为WKT—E型坑透仪，探测频率为0.3MHz，发射点距80m，接收点距10m，每条巷道布置19个发射点，数据处理采用本文所述的场强补偿法。如图5所示，该图为采用场强补偿法得到的工作面网格化数据。在补偿成像图上(图4)清楚的反映有2段煤层存在低场强值特征，对应了地质异常的平面分布特征，在实际应用时，将该补偿成像图粘贴到回采工作面电子图上，可以方便的进行地质异常区的解释和圈定。结合巷道实际揭露情况，可以看到这2个低值异常区均为断层影响区，工作面内无其它显著地质异常区，目前该工作面探测范围已经回采，结果表明，工作面内这2个低值异常区均存在，为断层影响区。该工作面探测结果与实际回采较为吻合，说明该成图系统可以应用于实际探测，可以直观、准确地反映地质异常，为工作面提供较为准确的地质预报。

该成图系统效果直观，层次分明，操作方便、简单，大大提高了坑透解释效率，在以后的坑透解释中完全可以独立使用，为企业节约了大量的经济成本，创造了效益。该系统的使用提高了坑透异常区划分的准确性，为煤矿的安全生产提供了保障。

通过查阅资料，以及与同行交流获知，行业内普遍采用落后的CT成像图，CT成像图不直观，异常区难以准确划分，因此本系统完全是行业首创。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种补平场强的测定方法，其特征在于，其具体步骤如下：

假设一工作面地质条件理想，无地质异常，煤厚变化较小，对于这样的工作面可认为β为一定值，任一发射点对应实测场强最大值观测位置为发射点垂线所在位置O，对应的实测场强值为H₁，其接收点O到发射点A直线距离为r₁，对于风巷和机巷平行的工作面，r₁为工作面宽度，则有：

式中：H₀为决定于发射功率和天线周围介质的初始场强，β为介质对电磁波能量的吸收系数，接收段任一接收点B到O点的偏移距OB≤接收段距离的1/2，到发射点A直线距离为r_i，对应的实测场强值为H_i，则有：

由式(1)和式(2)相比可得：

式(3)中我们称之为“补偿因子”，称之为补偿场强H_bc，由式(3)可得：

在用补平场强成像时，把无线电波透视工作面沿横向纵向划分成有不同补平场强值H_xy的若干小单元格，每一单元格内补平场强值H_xy为通过该单元格所有路径的补偿场强H_bc的平均值，如下式所示：

式(5)中n表示通过某单元格的路径数量，H_bci为第i条路径的补偿场强，在无异常工作面段选取多个路径通过式(4)计算出多个吸收系数β，取平均值β，选取一基准路径r代替式(3)中的r₁，已知取平均值β、选取一基准路径r代替式(3)中的r₁通过式(3)计算出单个网格里单个路径的补偿场强H_bc，再通过式(5)计算出单个网格的补平场强值H_xy，以此类推，计算出工作面内所有网格的补平场强值H_xy。

2.一种采用权利要求1所述的补平场强的测定方法的成像系统，其特征在于，包括场强测定模块以及成像模块，所述场强测定模块用来测定工作面各区域的补平场强，所述成像模块，根据场强测定模块测定的补平场强制作图像。

3.如权利要求2所述的成像系统，其特征在于，所述图像为工作面内所有网格的补平场强值的等值线图。

4.如权利要求3所述的成像系统，其特征在于，所述图像是通过sufer软件制作。