CN110703345A - 一种环工作面对角偶极装置三维直流电法数据采集方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种矿井地球物理领域，尤其是一种环工作面三维直流电法对角偶极装置的数据采集方法。专门设计了环工作面三维直流电法对角偶极装置数据采集方法，该装置不仅可以采集工作面内部岩层数据，而且能够提高环工作面三维直流电法分辨率，方法原理简单，实用性强。
Description
技术领域
本发明涉及一种矿井地球物理领域，尤其是一种环工作面三维直流电法对角偶极装置的数据采集方法。
背景技术
华北型煤田在开采深部煤层过程中，由于高水压和高矿压等因素的影响，底板突水事故经常发生，如何有效探查工作面底板岩层富水情况是当前矿井水防治者研究的重点和难点。
为了实现有效探测工作面底板富水性，防治者将三维直流电法技术直接应用到井下，实现了工作面三维直流电法富水性探查技术。然而，由于井下巷道空间限制，只能将电极和电缆在巷道内布设，不能在工作面内部布设电极和电缆，工作面内部缺少必要的数据点，因此，工作面内部存在少量记录点，导致工作面内侧岩层出现盲区，从而圈定出假的底板异常区，容易引起工作面底板突水事故。为了保障工作面的正常回采，如何在有限的巷道空间内提高三维直流电法的勘探精度，已成为环工作面三维直流电法研究的重要课题。
中国专利200920143376.2公开了一种高密度电阻率监测危岩松动圈的系统，它是先在围岩巷道内的多个断面钻孔，孔内埋设带有电极的多芯电缆和排气管，运用注浆装置将钻孔内注满耦合剂，通过连接到多线电缆的外端的电阻率仪测出多组电阻率数据，最后根据采集到的数据对围岩进行精细探测。该专利仅仅只能简单的测量巷道内围岩电阻率变化，与本发明的对角偶极装置存在着本质区别。本发明采用的数据采集方式为对角偶极装置，该装置采集的数据不仅采集到工作面内部岩层的三维数据，而且提高了工作面底板深部岩层成像分辨率。其采集方式和成图分辨率都是200920143376.2专利所不涉及的。
中国专利2015102532252公开了矿井分布式三维电法仪及其观测方法，其数据采集方式是二极装置，数据采集点及测量记录点主要集中在巷道底板上，工作面内测岩层记录点太少，导致工作面底板深部岩层成像分辨率降低。同时，异常体成图具有拉伸作用，影响异常区的圈定。
发明内容
本发明目的克服上述专利的技术不足，专门设计了环工作面三维直流电法对角偶极装置数据采集方法，该装置不仅可以采集工作面内部岩层数据，而且能够提高环工作面三维直流电法分辨率。该发明的方法原理简单，实用性强。
为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：
一种环工作面对角偶极装置数据采集方法，包括以下步骤：
1）根据现场工作面的实际勘探情况，设计环工作面三维直流电法电极和电缆具体铺设方案；
2）根据电极和电缆铺设设计，将电极和电缆围绕工作面进行铺设；
3）通过矿井三维直流电法理论基础，确定矿井三维直流电法记录点坐标；
4）将电缆接头与直流电法仪器连接，检测电极与底板岩层连接情况，如果连接情况完好，则可以开始数据采集；
5）数据采集时，首先采用偶极-偶极装置进行常规数据采集。其次选择对角偶极装置进行数据采集。
所述步骤2）中的电缆带有电极接头，电极接头可以接电极，电极能够钉入工作面底板岩层内。
所述步骤3）中矿井三维直流电法记录点的坐标为：
首先求出记录点的深度坐标，根据矿井三维直流电法装置系数公式为：
AM 、BM、AN、BN分别是电极A电极B电极M和电极N之间的距离；
联立上述两式即可求出记录点深度坐标；
其次，再求出记录点的位置坐标。记录点位置坐标为供电电极中点与测量电极中点之间连线的中点。
所述步骤4）中所述直流电法仪器带有电缆接头，电缆插头能够插入电缆接头内，将电缆与仪器连接，能够监测电极是否与底板岩层连接完好。
所述步骤5)对角偶极装置数据采集方式如下：
假设工作面是矩形，首先选择工作面对角线上两端点，分别记作电极1和2；电极1顺时针向前移动1个电极记作电极3，电极2逆时针向前移动一个电极记作电极4；电极1和电极2进行供电，电极3和电极4进行测量。测量完成后，电极3顺时针向前移动一个电极，记作电极5；电极4逆时针向前移动1电极，记作电极6,；电极1和2供电，电极5和6进行测量。按照以上顺序，由1和2电极进行供电，其它电极依次进行测量，直到两测量电极在一条直线上为止，完成供电电极1和2数据组的采集。供电电极1和2分别移动到电极3和4进行供电，电极5和6进行测量，按照上述顺序，完成供电电极3和4数据组的采集。供电电极不断向前滚动，直到供电电极在一条直线上为止，完成该对角偶极装置的数据采集。该对角偶极装置完成采集后，再进行另外对角偶极装置数据采集。
采集数据记录点的位置坐标和深度坐标都在工作面内部岩层内，能够增加工作面内测岩层数据点的数量，同时提高工作面底部岩层分辨率，因此，该装置数据采集方法能够满足三维勘探的需求。
附图说明
图1电缆及电极铺设设计图
图2环工作面三维直流电法对角偶极装置电极滚动图
图3环工作面三维直流电法二极装置反演图
图4环工作面三维直流电法对角偶极装置反演图 。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明：
1）如图1所示，某矿工作面走向长200m，工作面跨度为110m，工作面周长为620m。为了探查工作面底板岩层富水性，可以设计电极间距为10m，可以满足需求；
2）根据图1设计，该工作面从左侧布设电极，采用32芯电缆，电极间距10m的电缆，共铺设62个电极。在工作面四个角分别对应电极编号为1,21,32,52；
3）如图2所示，当采用四极装置采集数据时，50和51电极供电时，53和54测量时，联立以下公式
可求出
约为11.224，而位置坐标为（15,15），因此可知，此时测量的记录点为（15,15,11.224）；
4）将电缆接头与直流电法仪器连接，检测电极与底板岩层连接情况，如果连接情况完好，则可以开始数据采集；
5）首先利用偶极-偶极装置进行常规的数据采集。数据采集完成后，如图2所示，电极1和32对供电时，测得电极对依次是2和31，3和30，4和29，5和28，……9和24，10和23，测量电极滚动方式如图2箭头所示；供电电极对1和32测量完后，供电电极电极对移动到电极2和31，测量电极在2和31为对角的右侧区域内依次滚动。例如当电极2和31供电时，测量电极对依次是3和30，4和29，……9和24，10和23，如图1箭头所示，按照以上方式依次进行数据测量。一直到供电电极移动到10和23，测量电极为11和22为止；电极对1和32对角偶极装置模式采集完成后，供电电极对移动到21和52，测量电极在电极对21和32为对角线的右侧区域内移动，按照供电电极对1和32对角偶极装置模式进行测量，直到完成电极对21和52对角偶极装置模式数据采集。
通过对比图3与图4的成果图可知，二极装置三维直流电法成图具有拉伸作用，将异常体范围扩大。而环工作面三维直流电法对角偶极装置分辨率高，能够满足三维勘探需求。可知，环工作面三维直流电法对角偶极装置数据采集方法优于环工作面三维直流电法二维装置的数据采集方法，在工作面岩层富水性探查过程中，优先采用该方法进行数据采集。
Claims (1)
1.一种环工作面对角偶极装置三维直流电法数据采集方法，其特征在于实现环工作面对角偶极装置三维直流电法数据采集的具体过程为：
（1）设计电极和电缆铺设方案：根据现场工作面的实际勘探情况，设计环工作面三维直流电法电极和电缆具体铺设方案；
（2）铺设电极和电缆：根据电极和电缆铺设设计，将电极和电缆围绕工作面进行铺设，电缆带有电极接头，电极接头可以接电极，电极能够钉入工作面底板岩层内；
（3）确定矿井三维直流电法测量记录点坐标：通过矿井三维直流电法理论基础，确定矿井三维直流电法记录点坐标；
首先求出记录点的深度坐标，根据矿井三维直流电法装置系数公式为：
AM 、BM、AN、BN分别是电极A电极B电极M和电极N之间的距离；
联立上述两式即可求出记录点深度坐标；
其次，再求出记录点的位置坐标；
记录点位置坐标为供电电极中点与测量电极中点之间连线的中点；
（4）电极连接情况检测：将电缆接头与直流电法仪器连接，检测电极与底板岩层连接情况，如果连接情况完好，则可以开始数据采集；
（5）环工作面对角偶极装置三维直流电法数据采集：首先采用偶极-偶极装置进行常规数据采集，其次选择对角偶极装置进行数据采集，假设工作面是矩形，首先选择工作面对角线上两端点，分别记作电极1和2；电极1顺时针向前移动1个电极记作电极3，电极2逆时针向前移动一个电极记作电极4；电极1和电极2进行供电，电极3和电极4进行测量；测量完成后，电极3顺时针向前移动一个电极，记作电极5；电极4逆时针向前移动1电极，记作电极6,；电极1和2供电，电极5和6进行测量；按照以上顺序，由1和2电极进行供电，其它电极依次进行测量，直到两测量电极在一条直线上为止，完成供电电极1和2数据组的采集；供电电极1和2分别移动到电极3和4进行供电，电极5和6进行测量，按照上述顺序，完成供电电极3和4数据组的采集；供电电极不断向前滚动，直到供电电极在一条直线上为止，完成该对角偶极装置的数据采集；该对角偶极装置完成采集后，再进行另外对角偶极装置数据采集。
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