CN112505787B - 一种煤层顶板水电磁法透视勘探系统与方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种煤层顶板水电磁法透视勘探系统与方法，属于煤矿开采领域；先依据地质资料确定地面观测区，再通过环绕地下采煤工作面形成的发射线圈发射多频混合电磁场，在地面用无人机搭载接收线圈在观测区内逐点接收电磁场信号，对该信号进行处理与解译，以获取煤层顶板立体视电阻率分布特征，进而准确定位煤层顶板不同岩层的富水区，保障煤矿安全高效生产。

Description

一种煤层顶板水电磁法透视勘探系统与方法
技术领域
本公开属于煤矿开采领域，具体涉及一种煤层顶板水电磁法透视勘探系统与方法。
背景技术
浅埋煤层顶板含水层赋水性强，严重威胁矿井安全生产。因此，需要利用地球物理勘探技术来探明煤层顶板富水区域，以便制定相应的防范措施。
因电磁法对富水体敏感，使其成为煤田水文地质勘探的首选方法。由于很多区域地表地形起伏大，导致地面电磁法施工困难且成本高。而井下电磁法探测深度较浅，且受煤矿各类金属干扰，数据值易产生畸变，导致探测结果不可靠，无法满足生产要求。
发明内容
本公开的目的在于提供一种煤层顶板水电磁法透视勘探系统与方法。
本公开的目的可通过以下技术方案实现：
一种煤层顶板水电磁法透视勘探系统，包括信号发射系统、信号采集系统和数据成像解译系统。所述信号发射系统位于井下，用于发射多频混合电磁场信号；信号采集系统位于地面，用于接收信号发射系统发送的信号并传输至数据成像解译系统，数据成像解译系统对接收的信号进行成像解译。
一种煤层顶板水电磁法透视勘探方法，包括以下步骤：
获取待测煤层工作面的地面投影坐标，以投影区为中心向外围按比例n扩展为观测区，并根据勘探要求布置测线和测点。基于观测区地形图拾取所有测点的大地坐标M(L，B，H)，按观测顺序录入控制站；
将信号发射系统与信号采集系统进行时间同步，待同步后分别进行系统布置；
将发射线圈与发射机连接，发射机按要求设置参数，开始发射多频混合电磁场信号，同步记录并存储发射线圈内部电流波形；
将接收线圈悬吊于无人机下方，通过数据线与无人机内置接收机连接；通过控制站控制无人机按录入的测点坐标顺序飞行至每个测点进行数据采集。每个测点数据采集需待接收线圈水平稳定后，接收机持续接收电磁场信号εz′，同步记录GPS高程H1和时间以及姿态测量装置的偏航角α和俯仰角β，并通过GPRS实时传送至控制站存储；
利用数据成像解译系统对所有测点的数据进行成像与解译。
在一些公开中，所述比例n，1.3≤n≤1.5。
在一些公开中，所述观测区内按照勘探要求布置测线和测点，其中线距≤40m，点距≤20m。
在一些公开中，所述发射线圈沿煤层工作面环绕布置，环绕匝数≥1。
在一些公开中，所述对所有测点的数据进行成像与解译包括：
利用地质资料获取煤层工作面巷道轨迹，确定发射线圈空间分布坐标T(L，B，H)；
利用每个测点获取的无人机GPS高程H1、地面高程H2，接收线圈中心至无人机的垂直高度ΔH，换算接收线圈中心至地面的高度HR，公式为：HR＝H1-H2-ΔH；
对εz′进行姿态矫正，矫正后的数据εz为：εz＝εz′/(cosαgcosβ)；
将M(L，B，H)、T(L，B，H)、HR、εz代入数据成像解译系统，实施数据反演，获得视电阻率立体图像；
提取不同岩层的视电阻率切片数据，分析视电阻率分布特征，评价岩层富水性。
本公开的有益效果：
(1)本发明与地面电磁法相比，避免了地形起伏的影响以及施工难度大、成本高问题；与矿井电磁法相比，克服了探测距离短技术瓶颈；
(2)本发明采用了煤层工作面发射和地表接收的观测方式，实现了对煤层顶板各地层的电磁场透视，所获得的勘探结果与现有技术相比，纵向分辨率更高，对富水区定位更精准；
(3)本发明中地面观测区大于工作面投影区，可为煤层开采实际破坏区域提供更全面、丰富的地电信息，能更好的满足矿井安全生产需求。
附图说明
图1为本发明勘探系统示意图；
图2为本发明数据采集示意图；
图3为本发明无人机装置示意图。
具体实施方式
下面将结合附图，对本发明进行详细描述，但是本发明可以根据权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
参考图1至图3，为了便于图示展示，富水异常体以标记5表示；巷道以标记8表示；岩层以标记14表示；大地基准面以17表示。
一种煤层顶板水电磁法透视勘探系统，包括信号发射系统、信号采集系统和数据成像解译系统。所述信号发射系统位于井下，用于发射多频混合电磁场；信号采集系统位于地面，用于接收信号发射系统发送的信号并传输至数据成像解译系统，数据成像解译系统对接收的信号进行成像解译。
在一些公开中，信号发射系统包括发射机9、发射线圈7和供电电源10，发射线圈7与发射机9接口，发射机9通过供电电源10供电，发射多频混合电磁场信号；
发射机9内置时钟模块，通过时钟模块对发射机9进行时间控制。
在一些公开中，所述信号采集系统包括无人机11、接收线圈12、控制站13，无人机11内置接收机15、GPS、GPRS，接收线圈12通过轻质绳悬吊与无人机11下方，并通过数据线与无人机11内置接收机15连接；
接收机15内置时钟模块，通过时钟模块对接收机15进行时间控制；
接收线圈12绕制多匝，外部由刚性塑料套管包裹，具有频带宽，灵敏度高等特点，同时内部置有姿态测量装置。
数据成像解译系统安装于控制站13内。
一种煤层顶板水电磁法透视勘探方法，包括以下步骤：
(1)根据探测区域资料，获取待测煤层工作面6的地面投影坐标，并以投影区为中心向外围按比例n(1.3≤n≤1.5)扩展为观测区1，并根据勘探要求布置测线2和测点3，原则是线距≤40m、点距≤20m；；
在本实施中，一个运用场景如：根据该探测区域的地质资料和煤层开采记录，获取待测工作面在地面垂直投影的大地坐标，地面投影区4为330m*240m的矩形，将地面投影区4在X和Y方向各延展1.33倍比例作为观测区1，观测区1面积为440m*320m的矩形。在观测区1内根据勘探精度要求布置测线2和测点3，测线2线距40m，共8条测线2，命名为测线L1至测线L8，测点3点距20m，每条测线2设定21个测点3，命名为测点P1至测点P21。基于观测区地形图拾取所有测点的大地坐标M(L，B，H)，按观测顺序录入控制站；
(2)系统布置：在地面将发射机9与接收机15进行时间同步，待同步后分别进行系统布置。将发射线圈7沿煤层工作面6环绕布置，发射线圈7与发射机9连接，发射机9通过供电电源10供电，发射多频混合电磁场信号。在地面将接收线圈12通过轻质绳悬吊于无人机11下方，并通过数据线16与无人机11内置接收机15连接；
(3)发射与接收：发射机9按探测要求设置参数，发射多频混合电磁场信号，同步记录并存储发射线圈7内部电流波形。控制站13通过已录入的测点3坐标控制无人机11到达测线L1上测点P1位置，待接收线圈12水平稳定后，接收机15持续接收电磁场信号εz′，同步测量GPS高程H1和时间以及姿态测量装置的偏航角α和俯仰角β，并通过GPRS实时传送至控制站13存储，完成测点P1的数据采集任务。控制无人机11沿测线L1飞行到达下一待测点P2，重复上述采集步骤；逐点继续测量，直至完成观测区1内8条测线2上所有测点3的数据采集任务；
(4)数据处理与成像：利用地质资料获取煤层工作面6巷道轨迹，确定发射线圈7空间分布坐标T(L，B，H)；
利用每个测点3获取的无人机11GPS高程H1、地面高程H2，接收线圈12中心至无人机11的垂直高度ΔH，换算接收线圈12中心至地面的高度HR，公式为：HR＝H1-H2-ΔH；
对εz′进行姿态矫正，矫正后的数据εz为：εz＝εz′/(cosαgcosβ)；
将M(L，B，H)、T(L，B，H)、HR、εz代入数据成像解译系统，实施数据反演，获得视电阻率立体图像；
提取不同岩层的视电阻率切片数据，分析视电阻率分布特征，评价岩层富水性。

Claims (3)

1.一种煤层顶板水电磁法透视勘探系统，包括信号发射系统、信号采集系统和数据成像解译系统；其特征在于，
所述信号发射系统位于井下，用于发射多频混合电磁场信号；
信号采集系统位于地面，用于接收信号发射系统发送的信号并传输至数据成像解译系统；
数据成像解译系统对接收的信号进行成像解译；
所述勘探系统在勘探时，包括以下步骤：
获取待测煤层工作面的地面投影坐标，并以投影区为中心向外围按比例n扩展为形成观测区，并根据勘探要求布置测线和测点；
基于观测区地形图拾取所有测点的大地坐标M(L，B，H)，按观测顺序录入控制站；
将信号发射系统与信号采集系统进行时间同步，待同步后分别进行系统布置；
将发射线圈与发射机连接，发射机按要求设置参数，开始发射多频混合电磁场信号，同步记录并存储发射线圈内部电流波形；
通过控制站控制无人机按录入的测点坐标顺序飞行至每个测点进行数据采集；
每个测点数据采集需待接收线圈水平稳定后，接收机持续接收电磁场信号εz′，同步记录GPS高程H1和时间以及姿态测量装置的偏航角α和俯仰角β，并通过GPRS实时传送至控制站存储；
利用数据成像解译系统对所有测点的数据进行成像与解译；
所述对所有测点的数据进行成像与解译包括：
利用地质资料获取煤层工作面巷道轨迹，确定发射线圈空间分布坐标T(L，B，H)；
利用每个测点获取的无人机GPS高程H1、地面高程H2，接收线圈中心至无人机的垂直高度ΔH，换算接收线圈中心至地面的高度HR，公式为：HR＝H1-H2-ΔH；
对εz′进行姿态矫正，矫正后的数据εz为：εz＝εz′/(cosαgcosβ)；
将M(L，B，H)、T(L，B，H)、HR、εz代入数据成像解译系统，实施数据反演，获得视电阻率立体图像；提取不同岩层的视电阻率切片数据，分析视电阻率分布特征，评价岩层富水性。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述比例n，1.3≤n≤1.5。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述发射线圈沿煤层工作面环绕布置，环绕匝数≥1。
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Families Citing this family (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113550791B (zh) * 2021-07-15 2024-02-09 陕西麟北煤业开发有限责任公司 一种煤矿防治管理的煤层顶板离层水探测方法
CN114415245A (zh) * 2022-01-21 2022-04-29 山东省地质矿产勘查开发局第六地质大队(山东省第六地质矿产勘查院) 一种适用于中深部蚀变岩型金矿找矿方法

Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB763185A (en) * 1953-08-31 1956-12-12 Canadian Airborne Geophysics L Apparatus for airborne electromagnetic prospecting
CN104597506A (zh) * 2015-01-26 2015-05-06 吉林大学 频率域地空电磁勘探方法
CN108037536A (zh) * 2017-11-27 2018-05-15 山东大学 基于三轴坐标系的半航空瞬变电磁接收线圈姿态矫正方法
CN108919366A (zh) * 2018-05-15 2018-11-30 吉林大学 一种直升机磁共振与瞬变电磁联合探测装置及探测方法
CN110007354A (zh) * 2019-04-22 2019-07-12 成都理工大学 无人机半航空瞬变电磁接收线圈飞行参数测量装置及方法
CN111650650A (zh) * 2020-07-06 2020-09-11 山东大学 无人机载半航空瞬变电磁和磁法协同采集系统及方法
CN111929741A (zh) * 2020-09-10 2020-11-13 安徽理工大学 5g+cmft—r时域电磁场勘探系统与方法

Family Cites Families (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
AU2003202323B2 (en) * 2002-02-12 2007-11-22 Cgg Data Services Ag Airborne vector magnetic surveys
CN106772644B (zh) * 2016-12-14 2018-06-26 中国矿业大学 矿井瞬变电磁三分量探测方法
CN109490966B (zh) * 2018-06-15 2020-11-03 中国科学院地质与地球物理研究所 一种大地电磁测量系统
US10845498B2 (en) * 2018-11-06 2020-11-24 Saudi Arabian Oil Company Drone-based electromagnetics for early detection of shallow drilling hazards
CN110471117A (zh) * 2019-09-26 2019-11-19 国科（重庆）仪器有限公司 一种航空电磁探测系统及方法

Patent Citations (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
GB763185A (en) * 1953-08-31 1956-12-12 Canadian Airborne Geophysics L Apparatus for airborne electromagnetic prospecting
CN104597506A (zh) * 2015-01-26 2015-05-06 吉林大学 频率域地空电磁勘探方法
CN108037536A (zh) * 2017-11-27 2018-05-15 山东大学 基于三轴坐标系的半航空瞬变电磁接收线圈姿态矫正方法
CN108919366A (zh) * 2018-05-15 2018-11-30 吉林大学 一种直升机磁共振与瞬变电磁联合探测装置及探测方法
CN110007354A (zh) * 2019-04-22 2019-07-12 成都理工大学 无人机半航空瞬变电磁接收线圈飞行参数测量装置及方法
CN111650650A (zh) * 2020-07-06 2020-09-11 山东大学 无人机载半航空瞬变电磁和磁法协同采集系统及方法
CN111929741A (zh) * 2020-09-10 2020-11-13 安徽理工大学 5g+cmft—r时域电磁场勘探系统与方法

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