CN114089429B - 一种利用钻孔雷达构建煤矿透明工作面的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种利用钻孔雷达构建煤矿透明工作面的方法，包括：目标区域的资料收集；设计钻孔组数、数量和开孔点；钻孔雷达测量，测量开孔位置与顶底板界面实际距离；煤层原位介电常数的计算；钻孔雷达数据深度及时间校正处理；钻孔雷达数据噪声消除处理；利用孔口定位法进行顶底板同相轴分别追踪及重构；顶底板同相轴偏移成像；顶底板偏移后的数据合并；钻孔轨迹测量数据预处理；计算钻孔三维空间轨迹；钻孔轨迹线性插值至其深度采样间隔与钻孔雷达深度采样间隔一致；结合钻孔轨迹计算顶底板的空间位置，形成单孔顶底板空间位置数据集；多个钻孔信息联合，形成迎头前方的地质体三维数据体。

Description

一种利用钻孔雷达构建煤矿透明工作面的方法

技术领域

本发明属于地球物理勘探技术领域，涉及煤矿，具体涉及一种利用钻孔雷达构建煤矿透明工作面的方法。

背景技术

随着煤矿智能化开采技术的发展，要求构建煤矿井下透明工作面，为智能开采提供精准的地质模型。

目前透明工作面的探测方法有地面三维地震、工作面电磁波透视、工作面槽波层析成像以及井下钻探测井等，钻孔雷达探测精度高，探测半径相对测井方法大，但是由于仪器研制难度大，在煤矿透明工作面构建中尚未受到重视。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的在于，提供一种利用钻孔雷达构建煤矿透明工作面的方法，解决现有技术中现有技术中透明工作面的探测方法难以应用在煤矿透明工作面构建中的技术问题。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案予以实现：

本发明所设计的利用钻孔雷达构建煤矿透明工作面的方法，包括钻孔雷达探测的钻孔布置设计、基于单孔的煤层顶底板钻孔雷达数据处理解释方法、基于多孔钻孔雷达的透明工作面构建方法。

所述的钻孔布置设计是指在煤矿井下采煤机或掘进机开采的迎头进行短顺层孔设计，这些短顺层孔一方面用于开采前的卸压，一方面可以用于钻孔雷达探测，钻孔深度浅，成孔快。钻孔布置设计先收集前期地质资料，了解基本的煤层走向，煤层倾角等信息，收集开采工作面的宽度、长度等信息，然后根据开采工作面的信息进行钻孔的布置设计。

所述的基于单孔的煤层顶底板钻孔雷达数据处理解释方法，数据处理解释的主要目标是沿钻孔轨迹解释煤层的顶底板的界面，为透明工作面的构建做准备。

所述的基于多孔钻孔雷达的探测信息透明工作面构建方法，是将同一次探测的多个钻孔雷达解释的煤岩顶底板位置信息，通过特定的方法，更新初始透明的三维地质体，构建更高精度的透明三维地质体，为煤矿开采提供高精度的地质模型。

将采用本发明的利用钻孔雷达构建煤矿透明工作面的方法获得的煤矿透明工作面传给采煤机或掘进机，控制采煤机。

本发明需要注意的是：煤矿井下智能化开采透明工作面的构建，其首要任务是明确目的层(煤层)高精度的顶底板界面、精确的构造位置，因此必须测量实际开孔位置距离顶板和底板的距离，以及进行高精度的钻孔轨迹测量、钻孔孔口的大地坐标的测量。

具体的，本发明保护一种利用钻孔雷达构建煤矿透明工作面的方法，该方法包括以下步骤：

步骤S1，目标区域的资料收集；

步骤S2，设计钻孔组数、数量和开孔点；

步骤S3，钻孔雷达测量，测量开孔位置与顶底板界面实际距离；

步骤S4，煤层原位介电常数的计算；

步骤S5，钻孔雷达数据深度及时间校正处理；

步骤S6，钻孔雷达数据噪声消除处理；

步骤S7，利用孔口定位法进行顶底板同相轴分别追踪及重构；

步骤S8，顶底板同相轴偏移成像；

步骤S9，顶底板偏移后的数据合并；

步骤S10，钻孔轨迹测量数据预处理；

步骤S11，计算钻孔三维空间轨迹；

步骤S12，钻孔轨迹线性插值至其深度采样间隔与钻孔雷达深度采样间隔一致；

步骤S13，结合钻孔轨迹计算顶底板的空间位置，形成单孔顶底板空间位置数据集；

步骤S14，多个钻孔信息联合，形成迎头前方的地质体三维数据体。

本发明与现有技术相比，具有如下技术效果：

(Ⅰ)本发明的方法能够利用煤矿井下顺层短孔的单孔反射钻孔雷达探测信息快速构建透明工作面，为煤矿智能开采提供高精度的地质模型。

(Ⅱ)钻孔雷达探测精度高，采煤机开采前方利用钻孔进行多个短顺层孔探测煤岩顶底板界面的位置，钻孔短，施工快，钻孔雷达数据处理与解释快，多个钻孔探测精度高，钻孔数据少，在开采前可快速更新三维地质模型，可以在开采过程中实时更新地质模型，为采煤机或掘进机的参数调整提供高精度的地质模型。

(Ⅲ)本发明是以短孔快速测量构建开采前方透明工作面，也可以利用该方法，利用长钻孔进行钻孔雷达探测，构建更大区域的透明工作面。

附图说明

图1为利用钻孔雷达构建煤矿透明工作面的方法的流程图。

图2为开采工作面及钻孔位置设计平面图。

图3为开采工作面及钻孔位置设计切面图。

图4为单孔钻孔雷达的时间剖面。

图5为带通滤波的函数。

图6为开采工作面及钻孔位置设计平面图。

图7为开采工作面及钻孔位置设计切面图。

图8为1号孔钻孔雷达原始数据剖面图。

图9为煤层介电常数计算示意图。

图10为经过校正及滤波处理后的钻孔雷达时间剖面图。

图11为2个界面的重构同相轴。

图12为两个界面偏移后合并结果图。

图13为1号钻孔钻孔轨迹切面投影图。

图14为与钻孔轨迹结合后煤层与顶底板界面的切面投影图。

图15为形成的透明工作面Z方向截图，图中蓝色的线为钻孔位置示意。

以下结合实施例对本发明的具体内容作进一步详细解释说明。

具体实施方式

以下给出本发明的具体实施例，需要说明的是本发明并不局限于以下具体实施例，凡在本申请技术方案基础上做的等同变换均落入本发明的保护范围。

实施例：

本实施例给出一种利用钻孔雷达构建煤矿透明工作面的方法，如图1所示，该方法包括以下步骤：

步骤S1，目标区域的资料收集：

收集开采区域以及开采工作面的资料，所述的资料包括开采工作面的长度L_k、开采工作面的宽度W_k、开采工作面的高度H_k和开采煤层厚度H_c；

开采工作面平面图如图2所示，开采工作面切面图如图3所示。

步骤S2，设计钻孔组数、数量和开孔点；

每个钻孔的长度为l_s，为了保证在开采时快速构建的地质体，l_s要求满足10m<l_s<15m，根据开采工作面的长度，设计钻孔的组数N_z，N_z满足如下公式：

N_z＝L_k/l_s；

根据开采工作面的宽度W_k，组内每个钻孔间隔为d_s，为了保证构建的地质体的高精度，d_s要求2m<d_s<4m，设计每组钻孔的数量n_i，n_i满足如下公式：

n_i＝W_k/d_s；

根据煤层变化利用交叉排列方式，进行每组钻孔的布置；根据开采煤层的厚度H_c，设计钻孔的开孔位置，为了保证钻孔雷达探测能将煤层与顶板及底板界面能区分开，要求开孔位置钻孔与顶板界面距离H_hu、开孔位置与底板界面距离H_hd与钻孔雷达中心频率f_BHR以及煤层的相对介电常数ε_c的关系满足如下公式：

式中：

c为电磁波在真空中的传播速度，c＝3×10⁸m/s；

ε_c为煤层的相对介电常数；

f_BHR为钻孔雷达中心频率，单位：Hz；

步骤S3，钻孔雷达测量，测量开孔位置与顶底板界面实际距离：

当采煤机采到设计的钻孔组位置时，当前开采采煤机前方的设计的钻孔位置进行钻孔雷达探测，钻孔轨迹的测量，获取钻孔雷达以及钻孔轨迹的数据，测量钻孔开孔位置距离顶板的实际距离H_hu0和钻孔开孔位置距离底板的实际距离H_hd0，并测量孔口的大地坐标(x₀，y₀，z₀)；

步骤S4，煤层原位介电常数的计算：

在钻孔雷达时间剖面上识别巷道波同相轴，单孔钻孔雷达的时间剖面如图4所示，巷道波同相轴标识为B_h，利用巷道波的响应特征进行介电常数的计算；

在巷道波反射同向轴上随意取2个点P₁和P₂，读取这2个点沿钻孔的方向两个深度位置S_h1和S_h2以及时间轴上的时间t_h1和t_h2，煤层的相对介电常数ε_c计算公式如下：

式中：

S_h1和S_h2分别为巷道波的钻孔深度，单位：m；

t_h1和t_h2分别为巷道波的钻孔雷达时间，单位：s；

步骤S5，钻孔雷达数据深度及时间校正处理：

步骤S51，根据仪器的特征选择是否要进行钻孔雷达探测钻孔深度校正，钻孔雷达最终输出的深度为天线所在钻孔中的深度，如果仪器起始测量位置可人工设置，非自动从0开始，则不需要进行深度校正，如果钻孔雷达仪器起始测量深度始终记录从0开始，根据实际施工以及仪器测量的深度D_h0，天线距离孔口距离为d₀，则校正后钻孔雷达深度D_h为：

D_h＝D_h0+d₀

D_h0＝m×d_step

式中：

m为钻孔雷达采集的道数；

d_step为各道距离采样间隔；

步骤S52，钻孔雷达时间零点校正，由于仪器存在延时，根据仪器的收发天线的间隔d_sf，以及根据煤层相对介电常数，进行时间零点校正；记录的单道钻孔雷达信号的时间起点为T_i0，校正的时间为Δti，单道记录的时间时间零点校正公式为：

T_ij＝T_i-Δt，i＝1，…m；

T_i＝n×t_step

式中：

T_ij为第i道的校正后的时间，单位：s；

Δt为校正时间，单位：s；

n为雷达单道数据的采样点数；

t_step为雷达时间采样间隔；

d_sf为雷达收发天线的间隔，单位：m；

T_i0为第i道的雷达的信号的起始时间，单位：s；

c为电磁波在真空中的传播速度，c＝3×10⁸m/s；

ε_c为煤层相对介电常数；

原始测量的钻孔雷达数据集DB_m×n经过深度校正和时间零点校正后的钻孔雷达数据集为DBCor_m×n；

步骤S6，钻孔雷达数据噪声消除处理：

对前面经过深度校正和时间校正后的钻孔雷达数据集DBCor_m×n进行噪声消除处理，利用带通滤波或背景消除等方法进行噪声消除；其中带通滤波消除噪声消除方法如下：

步骤S61，设计一个带通滤波器，四个频率分界点f₁、f₂、f₃、f₄,滤波器的函数图像如图5所示，带通滤波器的滤波器系数H(f)的表达式如下：

式中：

f为输入信号的频率，单位：Hz；

H(f)为滤波器系数,无量纲；

f₁、f₂、f₃和f₄为四个频率分界点；

步骤S62，对钻孔雷达每道数据进行离散傅里叶变换，将其从时间域变换到频率域，对每一道进行带通滤波，将滤波后的频域数据通过傅里叶逆变换到时域，此时钻孔雷达的数据集为DBfilter_m×n；

步骤S7，利用孔口定位法进行顶底板同相轴分别追踪及重构：

根据实际测量钻孔开孔位置距离顶板和底板的实际距离H_hu0和H_hd0，以及煤层的相对介电常数，计算顶板和底板的到达时间，确定煤层与顶板界面反射波同相轴和煤层与底板界面的反射波同相轴，然后进行人机结合分别追踪拾取煤层与顶板界面的同相轴在钻孔雷达时间剖面上时间位置t_tongup和煤层与底板界面的反射波同相轴在钻孔雷达时间剖面上时间位置t_tongdown；提取出的煤层和顶板界面的钻孔雷达数据集DBhup_m×n以及煤层和底板界面的钻孔雷达数据集DBhdown_m×n如下：

分别对煤层与顶板界面反射波同相轴和煤层与底板界面反射波同相轴进行重构，煤层与顶板界面反射波的同相轴重构DBup以及煤层与底板界面反射波的同相轴重构DBdown的公式如下：

DBup＝DBhup_m×n*wave

DBdown＝DBhdown_m×n*wave

子波wave的表达式为：

式中：

f₀为钻孔雷达仪器的中心频率，单位：Hz；

步骤S8，顶底板同相轴偏移成像：

分别对煤层与顶板界面反射波的同相轴重构DBup以及煤层与底板界面反射波的同相轴重构DBdown进行偏移成像处理，偏移成像利用基尔霍夫偏移方法处理；偏移后的煤层与顶板界面数据为DBSup，煤层与底板界面数据为DBSdown。

步骤S9，顶底板偏移后的数据合并：

以钻孔倾角为0°进行合并，将顶底板的相对钻孔的位置进行归位。煤层与顶板界面在钻孔上方、煤层底板界面在钻孔下方。对煤层与顶板界面数据DBSup以钻孔为中心做对称处理，处理后的顶板界面数据为DBSdup，然后再与底板界面数据DBSdown合并，合并成像数据DBSh的表达式为：

DBSh＝DBSdup+DBSdown

步骤S10，钻孔轨迹测量数据预处理：

对钻孔轨迹仪测量的钻孔倾角集DDevi_k、方位数据集DAzim_k进行预处理，剔除部分测量无效的数据；

先对钻孔的所有倾角数据进行趋势分析，求取钻孔倾角中最小倾角值MinDevi，最大倾角值MaxDevi，求取钻孔方位角中最小方位角值MinAzim，最大方位角值MaxAzim，分别将倾角和方位角的最大值最小值区间分为N个区间；

计算各个区间内，倾角或方位数据分布的概率，然后根据各个区间的概率分布情况，选择处理算法，如果某一个区间概率小于fre，则认为分布在此区间的数据为异常值，需要将落在该区间的倾角或方位数据进行剔除，分别取其相邻倾角有效数据的平均值作为该点的倾角，取相邻方位数据；如果倾角或方位数据在任何区间均未出现概率偏小的情况，则认为倾角和方位没有异常值，不需要进行预处理；预处理后的钻孔倾角及方位数据集分别为CDevi_k和CAzim_k；

其中：

k＝1，…K，K为钻孔轨迹采样点数；

N＝K/5；

fre根据实际情况确定，一般范围为5％～10％；

步骤S11，计算钻孔三维空间轨迹：

利用预处理后的钻孔倾角和钻孔方位计算钻孔三维空间轨迹Tr(X_k,Y_k,Z_k)：

DLA_k＝arccos[cos(DEVI_k-1)cos(DEVI_k)

+sin(DEVI_k-1)sin(DEVI_k)cos(AZIM_k-AZIM_k-1)]

式中：

k为当前点，k＝1，…K，K为钻孔轨迹数据测量的点数；

(X₀,Y₀,Z₀)为测量的孔口坐标；

X、Y和Z分别为孔间的坐标，单位：m；

ΔX、ΔY和ΔZ分别为各个方向的增量，单位：m；

MD为深度序列；

R为曲率，单位：m/弧度；

DLA为狗腿角，单位：弧度；

DEVI为倾角，单位：弧度；

AZIM为方位角，单位：弧度；

步骤S12，钻孔轨迹线性插值至其深度采样间隔与钻孔雷达深度采样间隔一致：

数据点数变为与钻孔雷达道数一致，重新采样后的钻孔轨迹数据为：

Tr1(X_i,Y_i,Z_i)，i＝1，…m；

式中，m为钻孔雷达采集的道数；

步骤S13，结合钻孔轨迹计算顶底板的空间位置，形成单孔顶底板空间位置数据集：

将步骤S9中得到的顶底板界面数据集中，利用钻孔轨迹的三维空间坐标将顶底板界面的坐标转换为空间三维坐标；

步骤S14，多个钻孔信息联合，形成迎头前方的地质体三维数据体：

利用克里金插值法，构建开采前方的透明地质体。

应用例：

基于上述实施例1中的利用钻孔雷达构建煤矿透明工作面的方法给出下述具体的应用例。

在某个地方，开采工作面长150m，宽24m，设计钻孔组8个，钻孔长度约15m，每组钻孔10个，平均煤层约3m，每组内钻孔距离顶板界面与钻孔距底板界面距离差为1m，选择钻孔雷达中心频率为200MHz，钻孔设计平面图如图6所示，切面图如图7所示。

进行实际的钻孔雷达测量、钻孔与顶板界面、以及与底板界面的距离测量、钻孔轨迹测量、以及开孔坐标测量，例如，第一组8个实际钻孔深度、钻孔的坐标、钻孔与煤层与顶板界面距离d_CU、钻孔与煤层与底板界面距离d_CD统计如表1所示。

表1实际测量的钻孔相关信息表

现以1号钻孔为例，展示步骤S4～步骤S13的实现过程：

1号钻孔的钻孔雷达原始时间剖面图如图8所示。

1号孔煤层介电常数计算：如图9所示，利用步骤S4中所写的计算方法所编写的计算模块，计算的此处煤层相对介电常数0.1547m/ns。

钻孔雷达数据深度及时间校正处理：所利用钻孔雷达天线与深度记录点深度差为1.33m，测量时，开始记录的深度为0，因此深度校正d₀为1.33m，根据相对介电常数计算的时间校正量Δt为19.895ns。

进行滤波处理，采用带通滤波进行处理，f₁＝50MHz，f₂＝70MHz，f₃＝300MHz，f₄＝350MHz；经过深度校正和时间零点校正、滤波处理后的钻孔雷达时间剖面如图10所示。

进行煤层与顶板界面反射同相轴以及煤层与底板界面反射同相轴的追踪与重构，重构后的两个同相轴如图11所示。

分别进行偏移处理。偏移后进行合并，合并结果如图12所示。

进行钻孔轨迹测量数据预处理：钻孔倾角最大值为2.33°，最小值为-4.37°，钻孔方位角最大值为290.14°，最小值为278.2°，测量点数12个，各个钻孔倾角和钻孔方位角的分布较均匀，无需进行剔除处理。

计算钻孔三维空间的轨迹并将其进行插值处理，处理后其点数为，其投影在切面如图13所示：

结合钻孔三维空间轨迹计算煤层顶底板界面的空间位置，结果如图14所示。

依次对8个钻孔进行处理，处理后进行第1组的8个钻孔信息联合，形成迎头前方的地质体三维数据体，如图15所示。

Claims (1)

1.一种利用钻孔雷达构建煤矿透明工作面的方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤S1，目标区域的资料收集：

收集开采区域以及开采工作面的资料，所述的资料包括开采工作面的长度L _k、开采工作面的宽度W _k、开采工作面的高度H _k和开采煤层厚度H _c；

步骤S2，设计钻孔组数、数量和开孔点：

每个钻孔的长度为l _s，l _s要求满足10m<l _s<15m，根据开采工作面的长度，设计钻孔的组数N _z，N _z满足如下公式：

N _z=L _k /l _s；

根据开采工作面的宽度W _k，组内每个钻孔间隔为d _s，d _s要求2m<d _s<4m，设计每组钻孔的数量n _i，n _i满足如下公式：

n _i=W _k /d _s；

根据开采煤层的厚度H _c，设计钻孔的开孔位置，要求开孔位置钻孔与顶板界面距离H _hu、开孔位置与底板界面距离H _hd与钻孔雷达中心频率f _BHR以及煤层的相对介电常数ε _c的关系满足如下公式：

式中：

c为电磁波在真空中的传播速度，c=3×10 ⁸ m/s；

为煤层的相对介电常数；

f _BHR为钻孔雷达中心频率，单位：Hz；

步骤S3，钻孔雷达测量，测量开孔位置与顶底板界面实际距离：

当采煤机采到设计的钻孔组位置时，当前开采采煤机前方的设计的钻孔位置进行钻孔雷达探测，钻孔轨迹的测量，获取钻孔雷达以及钻孔轨迹的数据，测量钻孔开孔位置距离顶板的实际距离H _hu0和钻孔开孔位置距离底板的实际距离H _hd0，并测量孔口的大地坐标（x ₀ ，y ₀ ， z ₀ ）；

步骤S4，煤层原位介电常数的计算：

在巷道波反射同向轴上随意取2个点P ₁和P ₂，读取这2个点沿钻孔的方向两个深度位置S _h1和S _h2以及时间轴上的时间t _h1和t _h2，煤层的相对介电常数ε _c计算公式如下：

式中：

S _h1和S_h2分别为巷道波的钻孔深度，单位：m；

t _h1和t _h2分别为巷道波的钻孔雷达时间，单位：s；

步骤S5，钻孔雷达数据深度及时间校正处理：

步骤S51，根据仪器的特征选择是否要进行钻孔雷达探测钻孔深度校正，钻孔雷达最终输出的深度为天线所在钻孔中的深度，如果仪器起始测量位置可人工设置，非自动从0开始，则不需要进行深度校正，如果钻孔雷达仪器起始测量深度始终记录从0开始，根据实际施工以及仪器测量的深度D _h0，天线距离孔口距离为d ₀，则校正后钻孔雷达深度D _h为：

D _h=D _h0+d ₀

D _h0=m×d _step

式中：

m为钻孔雷达采集的道数；

d _step为各道距离采样间隔；

步骤S52，钻孔雷达时间零点校正，由于仪器存在延时，根据仪器的收发天线的间隔d _sf，以及根据煤层相对介电常数，进行时间零点校正；记录的单道钻孔雷达信号的时间起点为T _i0，校正的时间为Δti，单道记录的时间零点校正公式为：

T _ij =T _i -Δt，i=1，…m；

T _i =n×t _step

式中：

T _ij为第i道的校正后的时间，单位：s；

为校正时间，单位：s；

n为雷达单道数据的采样点数；

t _step为雷达时间采样间隔；

d _sf为雷达收发天线的间隔，单位：m；

T _i0为第i道的雷达的信号的起始时间，单位：s；

c为电磁波在真空中的传播速度，c=3×10 ⁸ m/s；

为煤层相对介电常数；

原始测量的钻孔雷达数据集DB_m×n经过深度校正和时间零点校正后的钻孔雷达数据集为DBCor_m×n；

步骤S6，钻孔雷达数据噪声消除处理：

对前面经过深度校正和时间校正后的钻孔雷达数据集DBCor_m×n进行噪声消除处理，利用带通滤波或背景消除等方法进行噪声消除；其中带通滤波消除噪声消除方法如下：

步骤S61，设计一个带通滤波器，带通滤波器的滤波器系数H(f)的表达式如下：

式中：

f为输入信号的频率，单位：Hz；

H(f)为滤波器系数,无量纲；

f ₁、f ₂、f ₃和f ₄为四个频率分界点；

步骤S62，对钻孔雷达每道数据进行离散傅里叶变换，将其从时间域变换到频率域，对每一道进行带通滤波，将滤波后的频域数据通过傅里叶逆变换到时域，此时钻孔雷达的数据集为DBfilter_m×n；

步骤S7，利用孔口定位法进行顶底板同相轴分别追踪及重构：

根据实际测量钻孔开孔位置距离顶板和底板的实际距离H _hu0和H _hd0，以及煤层的相对介电常数，计算顶板和底板的到达时间，确定煤层与顶板界面反射波同相轴和煤层与底板界面的反射波同相轴，然后进行人机结合分别追踪拾取煤层与顶板界面的同相轴在钻孔雷达时间剖面上时间位置t _tongup和煤层与底板界面的反射波同相轴在钻孔雷达时间剖面上时间位置t _tongdown；提取出的煤层和顶板界面的钻孔雷达数据集DBhup_m×n以及煤层和底板界面的钻孔雷达数据集DBhdown_m×n如下：

分别对煤层与顶板界面反射波同相轴和煤层与底板界面反射波同相轴进行重构，煤层与顶板界面反射波的同相轴重构DBup以及煤层与底板界面反射波的同相轴重构DBdown的公式如下：

子波wave的表达式为：

式中：

f ₀为钻孔雷达仪器的中心频率，单位：Hz；

步骤S8，顶底板同相轴偏移成像：

分别对煤层与顶板界面反射波的同相轴重构DBup以及煤层与底板界面反射波的同相轴重构DBdown进行偏移成像处理，偏移成像利用基尔霍夫偏移方法处理；偏移后的煤层与顶板界面数据为DBSup，煤层与底板界面数据为DBSdown；

步骤S9，顶底板偏移后的数据合并：

以钻孔倾角为0°进行合并，将顶底板的相对钻孔的位置进行归位；煤层与顶板界面在钻孔上方、煤层底板界面在钻孔下方；对煤层与顶板界面数据DBSup以钻孔为中心做对称处理，处理后的顶板界面数据为DBSdup，然后再与底板界面数据DBSdown合并，合并成像数据DBSh的表达式为：

步骤S10，钻孔轨迹测量数据预处理：

对钻孔轨迹仪测量的钻孔倾角集DDevi_k、方位数据集DAzim_k进行预处理，剔除部分测量无效的数据；

先对钻孔的所有倾角数据进行趋势分析，求取钻孔倾角中最小倾角值MinDevi，最大倾角值MaxDevi，求取钻孔方位角中最小方位角值MinAzim，最大方位角值MaxAzim，分别将倾角和方位角的最大值最小值区间分为N个区间；

计算各个区间内，倾角或方位数据分布的概率，然后根据各个区间的概率分布情况，选择处理算法，如果某一个区间概率小于fre，则认为分布在此区间的数据为异常值，需要将落在该区间的倾角或方位数据进行剔除，分别取其相邻倾角有效数据的平均值作为该点的倾角，取相邻方位数据；如果倾角或方位数据在任何区间均未出现概率偏小的情况，则认为倾角和方位没有异常值，不需要进行预处理；预处理后的钻孔倾角及方位数据集分别为CDevi_k和CAzim_k；

其中：

k为当前点，k=1，…K，K为钻孔轨迹数据测量的点数；

N=K/5；

fre根据实际情况确定，范围为5%～10%；

步骤S11，计算钻孔三维空间轨迹：

利用预处理后的钻孔倾角和钻孔方位计算钻孔三维空间轨迹Tr(X _k ,Y _k ,Z _k )：

式中：

k为当前点，k=1，…K，K为钻孔轨迹数据测量的点数；

(X ₀ ,Y ₀ ,Z ₀ )为测量的孔口坐标；

X、Y和Z分别为孔间的坐标，单位：m；

、/>和/>分别为各个方向的增量，单位：m；

MD为深度序列；

R为曲率，单位：m/弧度；

DLA为狗腿角，单位：弧度；

DEVI为倾角，单位：弧度；

AZIM为方位角，单位：弧度；

步骤S12，钻孔轨迹线性插值至其深度采样间隔与钻孔雷达深度采样间隔一致：

数据点数变为与钻孔雷达道数一致，重新采样后的钻孔轨迹数据为：

Tr1（X _i ,Y _i ,Z _i ），i=1，…m；

式中，m为钻孔雷达采集的道数；

步骤S13，结合钻孔轨迹计算顶底板的空间位置，形成单孔顶底板空间位置数据集：

将步骤S9中得到的顶底板界面数据集中，利用钻孔轨迹的三维空间坐标将顶底板界面的坐标转换为空间三维坐标；

步骤S14，多个钻孔信息联合，形成迎头前方的地质体三维数据体：

利用克里金插值法，构建开采前方的透明地质体。