CN112433254A - 一种探查煤矿工作面水害位置的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明适用于煤矿工作面防治水技术领域，提供了一种探查煤矿工作面水害位置的方法，包括：在煤矿工作面的顶板或底板处布置水平定向孔；在煤矿工作面正上方地表的两侧区域，布置两条平行于水平定向孔且通过电性源瞬变电磁法向地下发射电磁场的接地长导线；采集水平定向孔内磁场三分量的数据；对采集到的数据进行成像和可视化显示，实现对煤矿工作面水害位置的探查。本发明可探查煤矿工作面内、顶、底板的含/导水构造、裂隙带、富水区的空间位置及规模，通过采用地面激发、孔内接收的采集方式，能最大程度保证信号有效性，实现了一个发射源多个水平定向孔内采集磁场三分量数据；其次，通过在煤矿工作面两侧进行发射，实现了双侧激发。
Description
技术领域
本发明属于煤矿工作面防治水技术领域，尤其涉及一种探查煤矿工作面水害位置的方法。
背景技术
我国煤矿水文地质条件复杂，水害事故时有发生。根据国家煤矿安全监察局公布的数据统计，2006～2018年全国煤矿共发生水害事故438起、死亡1911人，造成重大经济损失和社会影响。目前深部和下组煤煤炭资源开采的水害问题随着浅部和上组煤易采资源储量逐渐枯竭日益严重，矿井充水水文地质条件日趋复杂，突水影响控制因素增多，突水机理和类型复杂多变。我国煤炭开发正由浅部走向深部，特别是对开采石炭系煤层的华北型煤田，煤矿受岩溶水的威胁尤为突出，底板高承压岩溶水的通道探查为主要任务。
矿井瞬变电磁法被广泛应用于导水通道的精细探查中，是目前矿井物探的主要手段之一，但受井下巷道施工空间有限，边长2～3m、匝数30～60的多匝小回线源装置是矿井瞬变电磁法主要装置形式，经过近些年的发展，仍存在以下技术瓶颈：(1)受煤矿防爆电流限制，发射磁矩小、探测有效距离短；(2)煤矿巷道和掘进工作面环境的复杂性，实际应用中各类干扰难以避免，如工字钢、铁锚杆与锚网、掘进机、采掘机械等巷；(3)受施工巷道空间所限，地质异常体的定向探测难；(4)采用多匝小回线磁性源，仅产生纯TE模式的场，高阻地质异常体探测难。
受当前地球物理勘探结果的限制，钻探仍是煤矿探查导水通道的主要手段。面临顶板或底板处水害威胁的煤矿回采工作面很多采用等间距水平定向孔对顶板或底板处的隐伏导水通道进行探测，但仍然存在遗漏隐伏导水通道的可能，导致对重大和特别重大水害事故的预测和防治依旧存在困难。
申请号为CN201410257803.5的发明专利说明了一种地面布置对目标地层全包围的大发射回线，供电产生一次电磁场，井下顺层钻孔中直接接收孔周围三分量的二次场，探测隐伏致灾体的瞬变电磁地孔探测方法和装置；该发明采用地面回线源发射，激发深度较电性源浅，且无法实现一个发射源多个水平定向孔全部采集数据。申请号为201710247943.8的发明专利说明了一种在地面发射、地下接收的瞬变电磁法工作方法；该发明为地面电性源发射，地面垂直孔采集数据，所取得为垂直孔附近的垂向信息，不适用于煤矿工作面防治水工作。
因此迫切需要一种可将瞬变电磁法和长定向孔相结合，实现煤矿工作面内、顶、底板的含/导水构造、裂隙带、富水区精准探查的方法。
发明内容
本发明实施例的目的在于提供一种探查煤矿工作面水害位置的方法，旨在解决背景技术中所提到的问题。
本发明实施例是这样实现的，一种探查煤矿工作面水害位置的方法，所述方法包括以下步骤：
在煤矿工作面的顶板或底板处布置水平定向孔；
在煤矿工作面正上方地表的两侧区域，布置两条平行于水平定向孔且通过电性源瞬变电磁法向地下发射电磁场的接地长导线；
采集水平定向孔内磁场三分量的数据；
对采集到的数据进行成像和可视化显示，实现对煤矿工作面水害位置的探查。
优选的，在布置水平定向孔前，首先将待探查的煤矿工作面的地表和井下地质情况等比例缩小至平面图中；所述平面图中至少包括煤矿工作面回风巷、运输巷、切眼，地面地形等高线的信息。
优选的，所述在煤矿工作面的顶板或底板处布置水平定向孔的步骤，包括：
顺煤矿工作面的走向，在煤矿工作面的顶板或底板处布置覆盖煤矿工作面的水平定向孔。
优选的，所布置的水平定向孔的孔间距不超过60m；当所布置的水平定向孔的孔间距超过60m时，加密水平定向孔。
优选的，所布置的两条接地长导线，距煤矿工作面正上方地表的几何中心点1～2km；接地长导线的长度为1～2km。
优选的，所述采集水平定向孔内磁场三分量的数据的步骤，包括：
将用于采集磁场三分量的磁探头推送至水平定向孔内，采集磁场三分量的数据。
优选的，采集磁场三分量的数据时，首先对其中一条接地长导线供电，待完成该条接地长导线所发射电磁场的磁场三分量的数据采集后，再对另一条接地长导线供电。
优选的，采集磁场三分量数据的具体方式包括：
将每个水平定向孔作为一条测线，并对其编号；
在水平定向孔内，每10m作为一个测点，按“测线-测点”的方式对每个测点进行编号，并记录下每个测点的坐标位置，完成磁场三分量的数据采集。
优选的，所述对采集到的数据进行成像和可视化显示的步骤，包括：
对采集的数据进行时移电阻率成像，并对成像结果进行可视化显示。
本发明实施例提供的一种探查煤矿工作面水害位置的方法，可探查煤矿工作面内、顶、底板的含/导水构造、裂隙带、富水区的空间位置及规模。本发明通过采用地面激发、孔内接收的采集方式，避开矿井空间狭窄、防爆、电磁干扰等刚性限制，实现最大程度激发与最小距离接收的双重先天优势，能最大程度保证信号有效性；相比目前地井瞬变电磁法发射源主要为回线源，电性源的地井瞬变电磁法具有更大的探测深度；其次，本发明方法在煤矿工作面的水平定向孔中采集数据，信噪比高，探测精度提高，实现“一孔多用”并突破“一孔之见”，有望达到煤矿工作面水害威胁的全覆盖探查。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种探查煤矿工作面水害位置的方法的步骤流程图；
图2为本发明实施例提供的一种探查煤矿工作面水害位置的方法的施工布置示意图；
图3为本发明实施例提供的实施例2中探查煤矿工作面水害位置的方法的施工布置示意图；
图4为本发明实施例提供的实施例2中X方向的磁场分量的成像图；
图5为本发明实施例提供的实施例2中Y方向的磁场分量的成像图；
图6为本发明实施例提供的实施例2中Z向的磁场分量的成像图。
附图中：1、地表；2、煤矿工作面；3、水平定向孔；4、接地长导线；5、测点；6、含/导水构造。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
以下结合具体实施例对本发明的具体实现进行详细描述。
实施例1
如附图1和2所示，为本发明一个实施例提供的一种探查煤矿工作面水害位置的方法，所述方法包括以下步骤：
S101，将待探查的煤矿工作面2的地面和井下地质情况等比例缩小至平面图中，平面图中应包括煤矿工作面回风巷、运输巷、切眼，地面地形等高线等信息；
S102，顺煤矿工作面2的走向，在煤矿工作面2的顶板或底板处布置覆盖煤矿工作面2的水平定向孔3；水平定向孔3的孔间距不超过60m，当所布置的水平定向孔3的孔间距超过60m时，延长水平定向孔3的长度；每个水平定向孔3作为一条测线，并对其编号；
S103，在煤矿工作面2正上方地表1的一侧区域，布置长度为1-2km且平行于水平定向孔3的接地长导线4，采用电性源瞬变电磁法发射机向地下发射电磁场；接地长导线4距煤矿工作面2正上方地表1的几何中心点1～2km；
S104，在煤矿工作面2，采用定向钻机将用于采集磁场三分量的磁探头推送至水平定向孔3内，每10m作为一个测点5，按“测线-测点”的方式对每个测点5进行编号，并记录下每个测点5的坐标位置，完成磁场三分量的数据采集；
S105，重复步骤S103，在煤矿工作面2正上方地表1的另一侧区域布置另一条接地长导线4，然后重复步骤S104，完成磁场三分量的数据采集；
S106，对采集到的数据进行时移电阻率成像，并对处理结果进行可视化显示，实现对煤矿工作面内、顶板或底板处存在的含/导水构造6、裂隙带、富水区的精准探查。
本发明实施例通过采用接地长导线4发射电磁场，实现了一个发射源即可在煤矿工作面2多个水平定向孔3内采集磁场三分量数据，其次，通过在煤矿工作面2两侧进行发射，实现了双侧激发。
本发明方法可探查煤矿工作面内、顶、底板的含/导水构造、裂隙带、富水区的空间位置及规模。本发明通过采用地面激发、孔内接收的采集方式，避开矿井空间狭窄、防爆、电磁干扰等刚性限制，实现了最大程度激发与最小距离接收的双重先天优势，能最大程度保证信号有效性；相比目前地井瞬变电磁法发射源主要为回线源，电性源的地井瞬变电磁法具有更大的探测深度；其次，本发明方法在煤矿工作面的水平定向孔中采集数据，信噪比高，探测精度提高，实现“一孔多用”并突破“一孔之见”，有望达到煤矿工作面水害威胁的全覆盖探查。
实施例2
如图3所示，为本发明一个实施例提供的一种探查煤矿工作面底板处水害位置的方法，所述方法包括以下步骤：
S201，根据煤矿工作面的地面和井下实际地质情况绘制等比例缩小的平面图，平面图中包括工作面运输巷、回风巷、切眼、水平定向钻孔等信息；
S202，顺煤矿工作面的走向，在煤矿工作面的底板处布置两条水平定向孔；水平定向孔的孔间距不超过60m，当所布置的水平定向孔的孔间距超过60m时，延长水平定向孔的长度；
S203，对水平定向钻孔进行编号，依次为cz1和cz2；
S204，每条测线上的测点等间距为10m，对应的每条测点为cz1-1、cz1-2、…、cz1-n和cz2-1、cz2-2、…、cz2-n，按顺序记录每个测点的编号和对应的坐标位置；
S205，在煤矿工作面正上方地表的一侧区域，布置长度为1-2km且平行于水平定向孔的接地长导线L1，采用电性源瞬变电磁法发射机对接地长导线L1供以大于10A的阶跃电流，从而向地下发射电磁场；接地长导线距煤矿工作面正上方地表的几何中心点1～2km；
S206，在煤矿工作面，采用定向钻机将用于采集磁场三分量的磁探头推送至水平定向孔cz1内，在水平定向孔cz1的每个测点cz1-1、cz1-2、…、cz1-n依次接收X、Y、Z三个方向的感应电动势，每次移动的距离为一个点距，直至cz1的所有测点数据采集完成；移至测线cz2，依次采集cz2-1、cz2-2、…、cz2-n测点的数据；采集过程中，逐点记录测点的坐标位置及对应的发射频率和电流；
S207，重复步骤S205，在煤矿工作面正上方地表的另一侧区域布置另一条接地长导线L2，然后重复步骤S206，完成磁场三分量的数据采集；
S208，对采集到的数据进行时移电阻率成像，如附图4～6所示，并对处理结果进行可视化显示，实现对工作面底板处存在的含/导水构造、裂隙带、富水区的精准探查。
本发明实施例通过采用接地长导线发射电磁场，实现了一个发射源即可在煤矿工作面多个水平定向孔内采集磁场三分量数据，其次，通过在煤矿工作面两侧进行发射，实现了双侧激发。
本发明通过采用地面激发、孔内接收的采集方式，避开矿井空间狭窄、防爆、电磁干扰等刚性限制，实现最大程度激发与最小距离接收的双重先天优势，能最大程度保证信号有效性；相比目前地井瞬变电磁法发射源主要为回线源，电性源的地井瞬变电磁法具有更大的探测深度；其次，本发明方法在煤矿工作面的水平定向孔中采集数据，信噪比高，探测精度提高，实现“一孔多用”并突破“一孔之见”，有望达到煤矿工作面水害威胁的全覆盖探查。
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 (9)
1.一种探查煤矿工作面水害位置的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
在煤矿工作面的顶板或底板处布置水平定向孔；
在煤矿工作面正上方地表的两侧区域，布置两条平行于水平定向孔且通过电性源瞬变电磁法向地下发射电磁场的接地长导线；
采集水平定向孔内磁场三分量的数据；
对采集到的数据进行成像和可视化显示，实现对煤矿工作面水害位置的探查。
2.根据权利要求1所述的一种探查煤矿工作面水害位置的方法，其特征在于，在布置水平定向孔前，首先将待探查的煤矿工作面的地表和井下地质情况等比例缩小至平面图中；所述平面图中至少包括煤矿工作面回风巷、运输巷、切眼，地面地形等高线的信息。
3.根据权利要求1所述的一种探查煤矿工作面水害位置的方法，其特征在于，所述在煤矿工作面的顶板或底板处布置水平定向孔的步骤，包括：
顺煤矿工作面的走向，在煤矿工作面的顶板或底板处布置覆盖煤矿工作面的水平定向孔。
4.根据权利要求1或3所述的一种探查煤矿工作面水害位置的方法，其特征在于，所布置的水平定向孔的孔间距不超过60m；当所布置的水平定向孔的孔间距超过60m时，加密水平定向孔。
5.根据权利要求1所述的一种探查煤矿工作面水害位置的方法，其特征在于，所布置的两条接地长导线，距煤矿工作面正上方地表的几何中心点1～2km；接地长导线的长度为1～2km。
6.根据权利要求1所述的一种探查煤矿工作面水害位置的方法，其特征在于，所述采集水平定向孔内磁场三分量的数据的步骤，包括：
将用于采集磁场三分量的磁探头推送至水平定向孔内，采集磁场三分量的数据。
7.根据权利要求1或6所述的一种探查煤矿工作面水害位置的方法，其特征在于，采集磁场三分量的数据时，首先对其中一条接地长导线供电，待完成该条接地长导线所发射电磁场的磁场三分量的数据采集后，再对另一条接地长导线供电。
8.根据权利要求7所述的一种探查煤矿工作面水害位置的方法，其特征在于，采集磁场三分量数据的具体方式包括：
将每个水平定向孔作为一条测线，并对其编号；
在水平定向孔内，每10m作为一个测点，按“测线-测点”的方式对每个测点进行编号，并记录下每个测点的坐标位置，完成磁场三分量的数据采集。
9.根据权利要求1所述的一种探查煤矿工作面水害位置的方法，其特征在于，所述对采集到的数据进行成像和可视化显示的步骤，包括：
对采集的数据进行时移电阻率成像，并对成像结果进行可视化显示。
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| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| CB02 | Change of applicant information | ||
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Address after: No. 111, Daxuecheng Road, Caidian District, Wuhan City, Hubei Province Applicant after: Yangtze University Applicant after: Xi'an Research Institute Of China Coal Research Institute Address before: No. 111, Daxuecheng Road, Caidian District, Wuhan City, Hubei Province Applicant before: Yangtze University Applicant before: CCTEG Xi''an Research Institute |