CN110043319B - 一种矿井无线电波探测工作面走向断层的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种矿井无线电波探测工作面走向断层的方法，所述方法包括：运输巷和回风巷均布置发射机和接收机，其中，发射机用于发射探测信号；接收机，用于接收透过工作面的投射信号；运输巷的发射机和回风巷的发射机交替工作；根据运输巷中的接收机接收的投射信号以及回风巷中的接收机接收的投射信号，导出综合场强曲线图，综合场强曲线图的横轴为接收点号，纵轴为场强值，分析综合场强曲线图，确定断层边界范围；本发明的优点在于能够确定长的平行于巷道的走向断层的位置和断层落差范围。

Description

一种矿井无线电波探测工作面走向断层的方法
技术领域
本发明涉及矿井物探无线电波透视成果解释技术，更具体涉及一种矿井无线电波探测工作面走向断层的方法。
背景技术
为预先查明矿井工作面内地质构造的异常情况，如断层、煤层变薄区域、隐伏断层、陷落柱、富水区等，保证工作面综合机械化采煤的顺利进行，工作面在回采前需要通过矿井物探来探查地质构造构造赋存情况。
无线电波透视目前在工作面探测中效果明显，被普遍使用。它的原理是：电磁波在地下岩层中传播时，由于各种岩、矿石电性的不同，它们对电磁波能量吸收不同，低阻岩层对电磁波具有较强的吸收作用，当波前进方向遇到断裂构造所出现的界面时，电磁波将在界面上产生反射和折射作用，也造成能量的损耗。因此，在矿井下，电磁波穿过煤层途中遇到断层、陷落柱或其它构造时，波能量被吸收或完全被屏蔽，则在接收巷道收到微弱信号或收不到投射信号，形成所谓的透视异常。研究采区煤层、各种构造及地质体对电磁波的影响所造成的各种无线电波透视异常，从而进行地质推断和解释，这就是坑透法的基本原理。但是，受坑透法目前现有技术的影响，无法确定断层的落差值取值范围，因此，现有技术中存在落差范围无法确定的技术问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题在于解决现有技术中存在的落差范围无法确定的技术问题。
本发明是通过以下技术方案解决上述技术问题的：一种矿井无线电波探测工作面走向断层的方法，所述方法包括：
运输巷和回风巷均布置发射机和接收机，其中，所述发射机用于发射探测信号；接收机，用于接收透过工作面的投射信号；
运输巷的发射机和回风巷的发射机交替工作，根据运输巷中的接收机接收的投射信号以及回风巷中的接收机接收的投射信号，导出综合场强曲线图；
获取所述工作面走向断层对应的相对衰减落差；
对于未知的工作面断层，根据回风巷接收的投射信号获取的第一场强曲线以及与之对应的根据运输巷接收的投射信号获取的第二场强曲线，获取包括第一场强曲线和与第二场强曲线中所有场强值的集合中的最大场强值和最小场强值，根据正常工作段的场强值与最小场强值之间的差值与衰减距离的积获取最大落差，根据所述正常工作段的场强值与最大场强值之间的差值与衰减距离的积获取最小落差。
优选的，所述综合场强曲线图的横轴为接收点号，纵轴为场强值，每条曲线上的编号为发射点号，分析综合场强曲线图，一个接收点号只对应一个场强值，若一个接收点号对应两个场强值，则确定断层边界范围在该接收点号对应的坐标范围内。
优选的，所述获取所述工作面走向断层对应的相对衰减落差，包括：
利用公式N＝H落/(E正-E断)获取所述工作面走向断层对应的相对衰减落差，其中，
N为相对衰减落差，H落为工作面实见断层的落差，E正为正常工作面的场强值，E断为工作面实见断层的场强值。
优选的，所述根据正常工作段的场强值与最小场强值之间的差值与衰减距离的积获取最大落差，根据所述正常工作段的场强值与最大场强值之间的差值与衰减距离的积获取最小落差，包括：
通过公式H落大＝N*(E正-E1)计算最大落差；
通过公式H落小＝N*(E正-E2)计算最小落差，其中，
E正为正常工作面的场强值，E1为工作面走向断层最小的场强值；E2为工作面走向断层最大的场强值。
优选的，所述运输巷和回风巷均设置若干个发射站点和若干个接收站点，且相邻的两个发射站点之间的间距为第一预设间隔，相邻的两个接收站点之间的间距为第二预设间隔；
在运输巷的发射机启动时，运输巷的发射机在发射站点发射信号，回风巷的若干个接收站点接收信号；间隔预设时间以后，回风巷的发射机在发射站点发射信号，运输巷的若干个接收点接收信号。
优选的，所述第一预设间隔为80m～100m；所述第二预设间隔为5m～10m。
优选的，所述预设时间为4min～5min。
优选的，每个发射站点对应有17个接收站点。
优选的，所述发射站点正对所述接收站点连接成的线段中点设置。
优选的，所述回风巷的一个发射站点发射信号，运输巷的17个接收站点接收信号。
本发明相比现有技术具有以下优点：通过在回风巷和运输巷均布置发射机和接收机，且运输巷的发射机和回风巷的发射机交替工作，能够得到回风巷发射运输巷接收综合场强曲线图以及运输巷发射回风巷接收场综合场强曲线图，通过对综合场强曲线图的分析计算，断层的落差范围，从而有效划分区域断层的位置；同时本方案提供的方法还可扩展至其他具有类似地形构造的区域，对断层进行探测。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种矿井无线电波探测工作面走向断层的方法的回风巷发射运输巷接收射线布置图；
图2为本发明实施例提供的一种矿井无线电波探测工作面走向断层的方法的运输巷发射回风巷接收射线布置图；
图3为本发明实施例提供的一种矿井无线电波探测工作面走向断层的方法的回风巷发射运输巷接收综合场强曲线图；
图4为本发明实施例提供的一种矿井无线电波探测工作面走向断层的方法的运输巷发射回风巷接收场综合场强曲线图。
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。
一种矿井无线电波探测工作面走向断层的方法，所述方法包括：
运输巷和回风巷均布置发射机和接收机，发射机发射探测信号，接收机接收探测信号透过工作面的投射信号，运输巷的发射机和回风巷的发射机交替工作，交替工作指的是在运输巷的发射机发射探测信号的同时，布置回风巷的发射机到下一个发射站点发射探测信号；根据运输巷中的接收机接收的投射信号以及回风巷中的接收机接收的投射信号，导出综合场强曲线图；本发明实施例中，采用的是中煤科工集团重庆煤科院生产的型号为WKT-E的坑透仪，每台坑透仪包含一台发射机和一台接收机，数据处理软件为ECT2.0(电磁波坑透数据处理)，由数据处理软件导出综合场强曲线图，本发明在运输巷和回风巷分别布置一套坑透仪。
获取所述工作面走向断层对应的相对衰减落差；对于工作面巷道掘进期间已揭露出来的工作面断层即实见断层，利用公式N＝H落/(E正-E断)计算相对衰减落差，其中N为相对衰减落差，H落为实见断层的落差，E正为正常工作面的场强值，E断为实见断层的场强值。以该计算出来的相对衰减落差作为该工作面的相对衰减落差。
对于未知的待探测的工作面断层，找出运输巷发射回风巷接收的一条场强曲线以及与之对应的运输巷接收回风巷发射的另一条场强曲线，找该一条场强曲线和另一条场强曲线的最大场强值E2和最小场强值E1，相对衰减落差乘以正常工作段的场强值与最小场强值的差值求取最大落差，相对衰减落差乘以正常工作段的场强值与最大场强值的差值求取最小落差。通过公式H落大＝N*(E正-E1)计算走向断层的最大落差，通过公式H落小＝N*(E正-E2)计算走向断层的最小落差。
所述综合场强曲线图的横轴为接收点号，纵轴为场强值，每条曲线上的编号为发射点号，分析综合场强曲线图，通过上下巷道的综合曲线图各条曲线的形态特征确定隐伏断层。根据回风巷道和运输巷道各自的综合曲线图相同位置的曲线，对比分析哪条巷道接收的场强值大，异常区范围就靠近接收场强值大的巷道，远离接收场强值小的巷道，这样划分的异常区范围更符合实际情况。一个接收点号只对应一个场强值，若一个接收点号对应两个场强值，则确定断层边界范围在该接收点号对应的坐标范围内。
所述运输巷和回风巷均设置若干个发射站点和若干个接收站点，且相邻的两个发射站点之间的间距为第一预设间隔，相邻的两个接收站点之间的间距为第二预设间隔；运输巷的发射机启动时，运输巷的发射机在发射站点发射信号，回风巷的若干个接收站点接收信号；间隔预设时间以后，回风巷的发射机启动，回风巷的发射机在发射站点发射信号，运输巷的若干个接收点接收信号。
具体的，所述第一预设间隔为80m～100m，本实施例中第一预设间隔为80m。
具体的，所述第二预设间隔为5m～10m，本实施例中第二预设间隔为10m。
具体的，所述预设时间为4min～5min。
具体的，每个所述发射站点对应有17个接收站点。所述发射站点正对所述接收站点连接成的线段中点设置。
具体的，所述回风巷的一个发射站点发射信号，运输巷的17个接收站点接收信号。
本发明实施例中，第一预设间隔为80m，第二预设间隔为10m，如图1为回风巷发射运输巷接收射线布置图，回风巷每隔80m布一个发射站点，运输巷每隔10m布置一个接收站点接收一个场强值，共接收17个场强值，接收段由接收站点连接的线段的长度为160m。图2为运输巷发射回风巷接收射线布置图，运输巷每隔80m布一个发射站点，回风巷每隔10m布置一个接收站点，接收一个场强值，共接收17个场强值，由接收站点连接的线段的长度为160m。
根据井下巷道实际条件选择发射时间和接收时间，每站发射和接收时间通常为4min或5min，对于巷道路面比较平坦，没有大型设备阻挡的，可选用4min。对于巷道有较大起伏，有大型设备阻档的，可选用5min，保证每个接收站点能全部接收到数据。为了实现运输巷的发射机和回风巷的发射机交替工作，运输巷的发射机发射时间与回风巷的发射机发射时间间隔4min，如表一所示，是本实施例中运输巷发射回风巷接收的时间以及运输巷接收回风巷发射的时间表，显示了运输巷发射的时间与回风巷发射的时间相差4min。
表1为本发明实施例中运输巷发射回风巷接收的时间以及运输巷接收回风巷发射的时间表，如表1所示，
表1
Figure BDA0002038798730000071
图3所示为运输巷发射回风巷接收场综合场强曲线图，图4为回风巷发射运输巷接收综合场强曲线图。通过大量的矿井无线电波探测工作面走向断层的方法实践，结合图3和图4的综合场强曲线图，如图4所示，对于隐伏的工作面走向断层分布有以下规律：如果走向断层靠近运输巷巷道附近，远离回风巷巷道，它的综合曲线有以下特点：运输巷巷道某点发射时，回风巷巷道各点接收的场强值低于，回风巷巷道某点发射时，运输巷巷道各点接收的场强值。简单说，就是断层靠近哪条巷道，它接收的值大。通过这点，划分异常区的时候，可以考虑异常区域尽量靠近受影响的巷道。本实例中通过两个巷道中的综合场强曲线图，发现S8、S16、D8、D16发射曲线相对于整个工作面，接收场强值明显偏低，表明该区域有隐伏构造，划分异常区的时候，可参考上述规律进行划分，该异常区范围尽量靠近运输巷道，尽量是为了描述方便而设定的限定词，是指在靠近运输巷道的范围内出现异常区的可能性较大，划分异常区的时候为了减少工作量，在靠近运输巷道的范围内寻找异常区。
具体的，本实施例中，对于已知的裸露的工作面断层，正常段场强值E正为60db，该断层的落差H落为1.5m，通过综合场强曲线图得知其断层附近场强值E断为45db，利用公式N＝H落/(E正-E断)计算相对衰减落差，其中N为相对衰减落差，H落为工作面断层的落差，E正为正常工作面的场强值，E断为工作面掘进期间已揭露的断层的场强值。需要强调的是，正常段场强值、掘进期间已揭露的断层场强值以及断层的落差为预先针对设定厚度的工作面进行的衰减测试得到的。则相对衰减落差为：N＝H落/(E正-E断)＝0.1m/db。
在实际应用中，可以通过测试工作面掘进期间已揭露的断层的一部分，得到该已揭露的断层对应的场强曲线图，以及预先测量的断层的落差，计算相对衰减落差，进而以该相对衰减落差为基础计算未裸露出部分的断层(即隐伏走向断层)的落差。进一步的，可以针对未出现裸露部分的断层，通过钻取采样孔进而测量其断层厚度，进而进行电磁波衰减测试，得到其衰减距离。
图4中S8、S16二条场强曲线，接收场强值大部分在30～35db之间；图3中，D8、D16二条场强曲线，接收场强值大部分在40～45db之间。选择接收最小和最大的场强值参加计算，
Figure BDA0002038798730000081
通过计算，我们得出该隐伏异常区的断层落差为1.5m～3m。
图3中，D16、D24二条场强曲线，接收场强值相差在10db左右，图4中，S16、S24二条场强曲线，接收场强值相差在20db左右。因为发射点位置发生改变后，造成即使同一个点位置接收的场强值也发生了较大变化，依据这一现象，我们可以判断该隐伏异常区边界位置为接收的场强值发生较大变化的位置区域，即图3和图4中一个接收点号对应两个发射点号时，该接收点的坐标位置，从图3中可以确定隐伏异常区边界位置为回风巷发射点号D16～D24之间的位置坐标，从图4中可以确定隐伏异常区边界位置为运输巷发射点号S16～S24之间的位置坐标。依据图3和图4可以确定隐伏异常区边界位置。
通过以上技术方案，本发明提供的一种矿井无线电波探测工作面走向断层的方法，通过将回风巷的发射机和运输巷的发射机交替工作，并且发射站点和接收站点的设置遵循一定的规则，发射时间和接收时间也根据现场需要设定，通过对综合场强曲线图的分析计算，能够获取隐伏异常区(即工作面走向断层)的断层落差和位置区域，很好的解决走向断层区域更加准确的划分问题，从而很好的指导矿井工作面的生产，另外，本发明还可推广至其他类似矿井回风巷和运输巷的地质结构的隐伏异常区的位置和断层落差的确定。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，根据落差最大值对应的测量点位置，将该测量点的位置作为断层最大弯曲位置；进而可以得到断层的上下弯曲的切位置。
进一步的，可以利用本发明上述计算方式，计算各个测量点对应的断层的落差，进而得到断层的不同位置的落差。
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 (8)

1.一种矿井无线电波探测工作面走向断层的方法，其特征在于，所述方法包括：
运输巷和回风巷均布置发射机和接收机，其中，所述发射机用于发射探测信号；接收机，用于接收透过工作面的投射信号；
运输巷的发射机和回风巷的发射机交替工作，根据运输巷中的接收机接收的投射信号以及回风巷中的接收机接收的投射信号，导出综合场强曲线图；
获取所述工作面走向断层对应的相对衰减落差；
对于未知的工作面断层，根据回风巷接收的投射信号获取的第一场强曲线以及与之对应的根据运输巷接收的投射信号获取的第二场强曲线，获取包括第一场强曲线和与第二场强曲线中所有场强值的集合中的最大场强值和最小场强值，根据正常工作段的场强值与最小场强值之间的差值与衰减距离的积获取最大落差，根据所述正常工作段的场强值与最大场强值之间的差值与衰减距离的积获取最小落差；
所述获取所述工作面走向断层对应的相对衰减落差，包括：
利用公式N=Ｈ 落／(Ｅ 正-Ｅ 断)获取所述工作面走向断层对应的相对衰减落差，其中，
N为相对衰减落差，Ｈ 落为工作面实见断层的落差，Ｅ 正为正常工作面的场强值，Ｅ 断为工作面实见断层的场强值；
所述根据正常工作段的场强值与最小场强值之间的差值与衰减距离的积获取最大落差，根据所述正常工作段的场强值与最大场强值之间的差值与衰减距离的积获取最小落差，包括：
通过公式Ｈ 落大＝N*(Ｅ 正-Ｅ 1)计算最大落差；
通过公式Ｈ 落小＝N*(Ｅ 正-Ｅ 2)计算最小落差，其中，
Ｅ 正为正常工作面的场强值，Ｅ 1为工作面走向断层最小的场强值；Ｅ 2为工作面走向断层最大的场强值。
2.根据权利要求1所述的一种矿井无线电波探测工作面走向断层的方法，其特征在于，所述综合场强曲线图的横轴为接收点号，纵轴为场强值，每条曲线上的编号为发射点号，分析综合场强曲线图，一个接收点号只对应一个场强值，若一个接收点号对应两个场强值，则确定断层边界范围在该接收点号对应的坐标范围内。
3.根据权利要求1所述的一种矿井无线电波探测工作面走向断层的方法，其特征在于，所述运输巷和回风巷均设置若干个发射站点和若干个接收站点，且相邻的两个发射站点之间的间距为第一预设间隔，相邻的两个接收站点之间的间距为第二预设间隔；
在运输巷的发射机启动时，运输巷的发射机在发射站点发射信号，回风巷的若干个接收站点接收信号；间隔预设时间以后，回风巷的发射机在发射站点发射信号，运输巷的若干个接收点接收信号。
4.根据权利要求3所述的一种矿井无线电波探测工作面走向断层的方法，其特征在于，所述第一预设间隔为80m~100m；所述第二预设间隔为5m~10m。
5.根据权利要求3所述的一种矿井无线电波探测工作面走向断层的方法，其特征在于，所述预设时间为4min~5min。
6.根据权利要求2所述的一种矿井无线电波探测工作面走向断层的方法，其特征在于，每个发射站点对应有17个接收站点。
7.根据权利要求6所述的一种矿井无线电波探测工作面走向断层的方法，其特征在于，所述发射站点正对所述接收站点连接成的线段中点设置。
8.根据权利要求2所述的一种矿井无线电波探测工作面走向断层的方法，其特征在于，所述回风巷的一个发射站点发射信号，运输巷的17个接收站点接收信号。
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