CN114814979B - 一种深凹矿山采空区预测方法、系统、电子设备及介质 - Google Patents

Abstract

本公开提供了一种深凹矿山采空区预测方法、系统、电子设备及介质，方法包括：在目标区域进行三维地震勘探，获取三维地震数据；根据三维地震数据，确定采空区空间范围；利用高密度电法和钻孔并行电法，从预先布置的电极获取高密度电法探测数据和并行电法监测数据，对高密度电法探测数据和并行电法监测数据进行联合反演与成像，获取成像数据；利用成像数据，联合获取的地震成像结果，对采空区空间范围进行解释，获取采空区预测结果；利用预设的钻孔进行3D激光扫描，获取3D扫描结果；根据采空区预测结果和3D扫描结果之间的差距，对采空区预测结果进行迭代反演与修正，获取地质模型。本方法较好地提高了对露天深凹矿山采空区的预测精确度。

Description

一种深凹矿山采空区预测方法、系统、电子设备及介质

技术领域

本公开涉及地质勘测技术领域，尤其涉及一种深凹矿山采空区预测方法、系统、电子设备及介质。

背景技术

随着近几年露天采矿的持续进行，很多大型铁矿山已经进入深凹开采状态，矿山的平面活动空间趋于缩小，矿山的空间应力场趋于多变，而附着于其内的采空区水文地质环境和赋存状态趋于复杂，加上持续的采矿活动扰动，极易诱发矿山的潜在次生地质灾害，轻则诱发地面沉降和塌陷，重则引起深凹采场失稳和生命财产损失。

目前，对于深凹矿山采空区的预测，通常采用高密度电阻率法来识别地下目标体及采空区，然而，单独使用高密度电阻率法，对于地下目标体或采空区的边界位置和埋深的测量误差较大，导致对露天深凹矿山采空区的预测精确度较低。

发明内容

本公开提供了一种深凹矿山采空区预测方法、系统、电子设备及介质，以至少解决现有技术中存在的上述问题。

根据本公开的第一方面，提供了一种深凹矿山采空区预测方法，所述方法包括：

在目标区域进行三维地震勘探，获取三维地震数据；

根据所述三维地震数据，确定采空区空间范围；

利用高密度电法和钻孔并行电法，从预先布置的电极获取高密度电法探测数据和并行电法监测数据，并对所述高密度电法探测数据和所述并行电法监测数据进行联合反演与成像，获取成像数据；利用所述成像数据，联合获取的地震成像结果，对所述采空区空间范围进行解释，获取采空区预测结果；

利用预设的钻孔进行3D激光扫描，获取3D扫描结果，所述3D扫描结果为采空区的实际部分空间范围；

根据所述采空区预测结果和所述3D扫描结果之间的差距，对所述采空区预测结果进行迭代反演与修正，获取地质模型。

在一可实施方式中，在目标区域进行三维地震勘探，获取三维地震数据的步骤包括：

按照预设的检波器设置规则，在所述目标区域平行于地面的一面上设置检波器阵列；

控制至少一个可控震源对目标区域的侧面及平行于地面的一面进行激发，所述目标区域的侧面为深凹矿山垂直于地面的一面；

利用所述检波器阵列，采集所述可控震源发出的震源信号，获取所述三维地震数据。

在一可实施方式中，根据所述三维地震数据，确定采空区空间范围的步骤包括：

对所述三维地震数据进行预处理，获取预处理地震数据，对所述三维地震数据进行预处理步骤包括：数据解编和对所述三维地震数据中的多次震源信号进行信号调和；

对所述预处理地震数据进行参数提取与分析，获取分析结果，所述参数提取与分析的步骤包括：滤波处理、振幅恢复处理、地表一致性反褶积、速度分析与动校正；

对所述分析结果进行实质性资料处理，获取采空区分布特征，所述实质性资料处理的步骤包括：去噪与偏移；

根据所述采空区分布特征，确定所述采空区空间范围。

在一可实施方式中，从预先布置的电极获取高密度电法探测数据和并行电法监测数据的步骤包括：

按照预设的钻孔规则，在所述目标区域进行钻孔，确定至少一个钻孔；

根据预设的电极布置策略，在所述钻孔与目标区域平行于地面的一面进行电极布置；

利用布置的电极，获取所述高密度电法探测数据和并行电法监测数据；

其中，在所述钻孔与目标区域平行于地面的一面进行电极布置的步骤包括：在所述钻孔中设置电极串，所述电极串包括至少两个保持固定间距的电极；同时，在所述目标区域平行于地面的一面设置电极阵列，所述电极阵列中的电极依次连接。

在一可实施方式中，对所述高密度电法探测数据和所述并行电法监测数据进行联合反演与成像的步骤包括：

对所述高密度电法探测数据和所述并行电法监测数据进行预处理，获取预处理电法数据，其中，对所述高密度电法探测数据和所述并行电法监测数据进行预处理的步骤包括：无效值剔除、拟合校正、数字滤波；

按照预设的参数设置规则，对所述预处理电法数据进行参数设置；

根据预设的反演矩阵，对设置的参数进行反演，获取反演结果；

根据预设的成像规则，对所述反演结果进行成像处理，获取所述成像数据。

在一可实施方式中，利用预设的钻孔进行3D激光扫描，获取3D扫描结果的步骤包括：

选择至少一个钻孔进行3D激光扫描，获取点云数据；

对所述点云数据进行点云除噪，获取除噪数据；

根据预设的配准规则，对所述除噪数据进行点云配准，获取配准数据；

对所述配准数据进行数据反演，获取所述3D扫描结果。

在一可实施方式中，获取地质模型的步骤之后包括：

获取待预测数据，所述待预测数据至少包括以下之一：三维地震数据、高密度电法探测数据和并行电法监测数据；

将所述待预测数据输入所述地质模型进行采空区预测，确定采空区的空间范围与解释成果。

根据本公开的第二方面，提供了一种深凹矿山采空区预测系统，所述系统包括：

三维地震模块，用于在目标区域进行三维地震勘探，获取三维地震数据，根据所述三维地震数据，确定采空区空间范围；

电法联合模块，用于利用高密度电法和钻孔并行电法，从预先布置的电极获取高密度电法探测数据和并行电法监测数据，并对所述高密度电法探测数据和所述并行电法监测数据进行联合反演与成像，获取成像数据；利用所述成像数据，联合获取的地震成像结果，对所述采空区空间范围进行解释，获取采空区预测结果；

3D激光扫描模块，用于利用预设的钻孔进行3D激光扫描，获取3D扫描结果，所述3D扫描结果为采空区的实际部分空间范围；

处理模块，用于根据所述采空区预测结果和所述3D扫描结果之间的差距，对所述采空区预测结果进行迭代反演与修正，获取地质模型。

根据本公开的第三方面，提供了一种电子设备，包括：

至少一个处理器；以及

与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行本公开所述的方法。

根据本公开的第四方面，提供了一种存储有计算机指令的非瞬时计算机可读存储介质，所述计算机指令用于使所述计算机执行本公开所述的方法。

本公开的深凹矿山采空区预测方法、系统、电子设备及介质，通过有机联合三维地震勘探、高密度电法和钻孔并行电法，获取采空区预测结果；利用预设的钻孔进行3D激光扫描，获取3D扫描结果，该3D扫描结果为采空区的实际部分空间范围；并根据所述采空区预测结果和所述3D扫描结果之间的差距，对所述采空区预测结果进行迭代反演与修正，获取地质模型，较好地提高了对露天深凹矿山采空区的预测精确度。并且，充分考虑到露天矿山深凹环境的影响，实现了电震联合空间扩大化。有效结合3D激光扫描技术，实现了综合探测与地质模型相耦合，可以较大限度地填补采空区探测精度方面的影响，从而有效提高电震联合的成像质量。改善反演成果，提高分辨率与预测精度，有效避免和减少各种开采事故发生。

应当理解，本部分所描述的内容并非旨在标识本公开的实施例的关键或重要特征，也不用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下的说明书而变得容易理解。

附图说明

通过参考附图阅读下文的详细描述，本公开示例性实施方式的上述以及其他目的、特征和优点将变得易于理解。在附图中，以示例性而非限制性的方式示出了本公开的若干实施方式，其中：

在附图中，相同或对应的标号表示相同或对应的部分。

图1示出了本公开实施例深凹矿山采空区预测方法的实现流程示意图；

图2示出了本公开实施例深凹矿山采空区预测方法中三维地震勘探布置的实现示意图；

图3示出了本公开实施例深凹矿山采空区预测方法中获取三维地震数据的实现流程示意图；

图4示出了本公开实施例深凹矿山采空区预测方法中确定采空区空间范围的实现流程示意图；

图5示出了本公开实施例深凹矿山采空区预测方法中高密度电法和3D激光扫描布置正面示意图；

图6示出了本公开实施例深凹矿山采空区预测方法中高密度电法和3D激光扫描布置剖面示意图；

图7示出了本公开实施例深凹矿山采空区预测方法中获取高密度电法探测数据和并行电法监测数据的实现流程示意图；

图8示出了本公开实施例深凹矿山采空区预测方法中电法联合反演与成像的实现流程示意图；

图9示出了本公开实施例深凹矿山采空区预测方法中获取3D扫描结果的实现流程示意图；

图10示出了本公开实施例深凹矿山采空区预测系统的组成结果示意图；

图11示出了本公开实施例一种电子设备的组成结构示意图。

附图标识：

1-1采空区；1-2钻孔；1-3电极；1-4激光扫描头；

2-1可控震源点；2-2检波点

具体实施方式

为使本公开的目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本公开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本公开一部分实施例，而非全部实施例。基于本公开中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

发明人发现，目前，对于露天深凹矿山采空区的预测，通常采用高密度电阻率法来识别地下目标体及采空区，然而，由于露天深凹矿山的环境特殊，单独使用高密度电阻率法，对于地下目标体或采空区的边界位置和埋深的测量误差较大，导致对露天深凹矿山采空区的预测精确度较低。因此，发明人提出一种深凹矿山采空区预测方法、系统、电子设备及介质，通过有机联合三维地震勘探、高密度电法和钻孔并行电法，获取采空区预测结果；利用预设的钻孔进行3D激光扫描，获取3D扫描结果；并根据所述采空区预测结果和3D扫描结果之间的差距，对采空区预测结果进行迭代反演与修正，获取地质模型，较好地提高了对露天深凹矿山采空区的预测精确度，可实施性较强，成本较低。

高密度电法的原理与常规的电阻率法基本相同，是以岩土体的电性差异为基础,使用电极阵列的探测方法。采用温纳、微分、偶极等三电位电极系，集测深法和剖面法为一体。可以一次性采集大量数据，经过处理，可将地电断面呈像出来，通过分析某一地段电阻率的纵、横向变化的规律来发现地下目标体，如采空区，实现对采空区的识别。然而，高密度电法一般情况下对采空区异常识别较明显,较容易辨认，能够定性地对异常体进行解释，但在边界位置和埋深解释时误差较大。

三维地震勘测将是将地震测网按照一定规律布置成方格状或环状的地震面积勘探方法，其应用目的是为了使地下目标的图像更加清晰、位置预测更加可靠。通过三维地震处理解释确定异常体(如采空区)的位置和形态，能够给予异常体定性和半定量预测。

钻孔并行电法通过对钻孔的合理布置，能够在采动过程中形成动态探测，获取多个电极的监测数据。

激光3D扫描法采用光电测距原理，发射并接收反射回来的激光脉冲信号，来确定物体表面点与扫描仪的相对空间位置关系，可以在短时间内捕获测量区表面数千万甚至数亿个点的三维位置，以创建测量对象正确的三维几何“图像”。

因此，本实施例通过在露天深凹矿山的目标区域进行三维地震勘测，获取三维地震数据，根据三维地震数据，确定采空区空间范围。其次，利用高密度电法和钻孔并行电法，从预先布置的电极获取高密度电法探测数据和并行电法监测数据，通过对高密度电法探测数据和并行电法监测数据进行联合反演与成像，获取成像数据。然后，利用成像数据，联合获取的地震成像结果，对采空区空间范围进行解释，即定向标定，获取采空区预测结果。再利用预设的钻孔进行3D激光扫描，获取3D扫描结果，该3D扫描结果为采空区的实际部分空间范围。根据采空区预测结果与3D扫描结果之间的差距，对采空区预测结果进行迭代反演与修正，获取较优的地质模型。该地质模型具有较高的精确度，能够较好地适应露天深凹矿山这一特殊的应用场景，实现对露天深凹矿山采空区的精准预测，灵活度较高，可实施性较强。本方法充分考虑到露天矿山深凹环境的影响，实现了电震联合空间扩大化，结合3D激光扫描技术，实现了综合探测与地质模型相耦合，可以最大限度地填补探测精度方面的不足，从而对有效提高电震联合的成像质量，改善反演成果，提高采空区分辨率与预测精度，有效避免和减少各种开采事故发生。

请参考图1，本实施例提供的深凹矿山采空区预测方法，包括：

S1：在目标区域进行三维地震勘探，获取三维地震数据。具体的，目标区域指露天深凹矿山的可采采区或待采采区。通过在目标区域进行三维地震勘测，获取三维地震数据，能够较好地获取采空区特征。

S2：根据三维地震数据，确定采空区空间范围。即对三维地震数据进行处理，获取露天深凹矿山的采空区分布特征，根据采空区分布特征，确定采空区空间范围，精确度较高，采空区空间范围指采空区的具体位置及范围。

S3：利用高密度电法和钻孔并行电法，从预先布置的电极获取高密度电法探测数据和并行电法监测数据，并对高密度电法探测数据和并行电法监测数据进行联合反演与成像，获取成像数据；利用成像数据，联合获取的地震成像结果，对采空区空间范围进行解释，获取采空区预测结果。本步骤中通过利用高密度电法和钻孔并行电法进行联合反演与成像，能够便于对三维地震勘探获取的采空区空间范围进行解释，确定较优的采空区预测结果作为采空区预测结果，有效提高对采空区边界的识别能力与精确度。地震成像结果指利用三维地震数据进行成像所获取的成像结果。

S4：利用预设的钻孔进行3D激光扫描，获取3D扫描结果，3D扫描结果为采空区的实际部分空间范围。本步骤通过进行3D激光扫描，获取采空区的实际部分空间范围，能够便于后续利用该实际部分空间范围对采空区预测结果进行约束，提高地质模型的精确度。可以理解的，利用钻孔进行3D激光扫描，获取的3D扫描结果为一孔之见的孔内扫描空间。

S5：根据采空区预测结果和3D扫描结果之间的差距，对采空区预测结果进行迭代反演与修正，获取地质模型。即将3D扫描结果作为采空区预测结果的校正参考，对采空区预测结果进行迭代反演与参数修正，获取较优的地质模型，实现对深凹矿山采空区的精准预测，精确度较高，实施较方便。

在一些实施例中，三维地震勘探布置请参考图2，在目标区域平行于地面的一面设置检波器阵列，检波器阵列包括多个检波器，检波器的设置位置与检波点2-2相对应。并在目标区域的侧面，即深凹矿山垂直于地面的一面，以及目标区域平行于地面的一面设置可控震源点2-1进行震源激发，可控震源的设置位置与可控震源点2-1相对应。使得在常规探测空间的基础上，增加了侧向空间激发，以此提高探测响应空间，将常规探测范围由地面三维探测扩展到深凹空间侧向探测，充分考虑到露天深凹矿山的探测环境，提高三维地震勘探在露天深凹矿山的勘探精确度。

进一步地，请参考图3，在一些实施例中，在目标区域进行三维地震勘探，获取三维地震数据的步骤包括：

S101：按照预设的检波器设置规则，在目标区域平行于地面的一面上设置检波器阵列。检波器阵列包括多个具有固定距离的检波器。例如：将检波器布置间隔设置为道距10m，炮点距20m，线距20m，采样率0.5ms，记录长度为2s，最终形成5*5m的CDP(Common DepthPoint，共深度采集点)面元。

S102：控制至少一个可控震源对目标区域的侧面及平行于地面的一面进行激发，目标区域的侧面为深凹矿山垂直于地面的一面。可控震源在布置上进行空间横向和纵向L型震动，形成多点激发，有效提高探测响应空间。该可控震源可以为小型手持可控震源。较好地实现了对目标区域侧向空间与纵向空间的激发，将常规探测范围由地面三维探测扩展到深凹空间侧向探测。

S103：利用检波器阵列，采集可控震源发出的震源信号，获取三维地震数据。

请参考图4，根据三维地震数据，确定采空区空间范围的步骤包括：

S201：对三维地震数据进行预处理，获取预处理地震数据，对三维地震数据进行预处理步骤包括：数据解编和对三维地震数据中的多次震源信号进行信号调和。其中，数据解编指对三维地震数据进行解编码处理。对三维地震数据中的多次震源信号进行信号调和指对解编后的三维地震数据进行信号调和。

S202：对预处理地震数据进行参数提取与分析，获取分析结果，参数提取与分析的步骤包括：滤波处理、振幅恢复处理、地表一致性反褶积、速度分析与动校正。其中，滤波处理指按照预设的滤波规则，对信号调和后的三维地震数据进行滤波处理，滤波规则可以根据实际情况进行设置，此处不再赘述。振幅恢复与处理指对滤波后的三维地震数据进行振幅恢复，避免出现振幅异常，降低深凹矿山环境对三维地震数据的影响，可以采用现有的振幅恢复方法进行振幅恢复与处理。地表一致性反褶积指通过改造地震激发子波，消除地震激发子波在传播过程中所受的虚反射、层间多次反射和大地滤波等影响，提高三维地震数据的分辨率。可以采用现有的反褶积公式与方法进行地表一致性反褶积处理。速度分析指进行速度扫描，得到由浅到深的速度规律，以此为参考速度计算速度谱。动校正指将炮检距不同的各道上来自同一界面同一点的反射波到达时间，经正常时差校正后，校正为共中心点处的回声时间，以此提高三维地震数据的精确度。

S203：对分析结果进行实质性资料处理，获取采空区分布特征，实质性资料处理的步骤包括：去噪与偏移。具体的，可以采用现有的去噪方法对分析结果进行去噪，再对去噪后的分析结果进行三维偏移，消除目标区域地下的倾斜界面对反射波的影响，有助于正确地反映采空区形态和构造。

S204：根据采空区分布特征，确定采空区空间范围。

请参考图5至图6，在一些实施例中，为了便于利用高密度电法和钻孔并行电法，从预先布置的电极获取高密度电法探测数据和并行电法监测数据，需要在露天深凹矿山的目标区域进行高密度电法和3D激光扫描布置。具体实施过程中，可以在深凹矿山平行于地面的一面进行钻孔，形成钻孔阵列，钻孔阵列包括多个钻孔1-2。同时，在深凹矿山的侧面，即深凹矿山垂直于地面的一面进行钻孔，在钻孔中设置电极串，并且，在深凹矿山平行于地面的一面设置电极阵列。该电极串由多个具有固定间隔的电极1-3组成。由于露天深凹矿山的环境较特殊，通过上述钻孔布置与电极布置，能够实现多方位的电极数据监测，实现综合约束。再优选一钻孔将3D扫描设备，即激光扫描头1-4放置到钻孔深处，实现对深凹矿山采空区1-1的激光扫描，精确度较高。

请参考图7，在一些实施例中，从预先布置的电极获取高密度电法探测数据和并行电法监测数据的步骤包括：

S301：按照预设的钻孔规则，在目标区域进行钻孔，确定至少一个钻孔。例如：在目标区域平行于地面的一面进行钻孔，或者，在目标区域垂直于地面的一面进行钻孔。

S302：根据预设的电极布置策略，在钻孔与目标区域平行于地面的一面进行电极布置。电极布置策略可以根据实际情况进行设置。

S303：利用布置的电极，获取高密度电法探测数据和并行电法监测数据。其中，在钻孔与目标区域平行于地面的一面进行电极布置的步骤包括：在钻孔中设置电极串，电极串包括至少两个保持固定间距的电极；同时，在目标区域平行于地面的一面设置电极阵列，电极阵列中的电极依次连接。进一步地，高密度电法检测数据采集过程中，先进行反射探测，然后优选钻孔进行透射布置。例如：设计在矿坑、边坡平整场地处或周围地表相对起伏稍小区域，布置两条以上测线同时施测，形成局限空间平行测线观测系统以及三维观测系统。极距可以为2.5m，最大输出电流可以为2.5A，最大功率可以为250W，进行三维跨井观测，保证钻孔深度与孔间距的比值大于1.5，尽量减小钻孔泥浆电阻率与围岩电阻率的差异，选择二极排列可以提高信噪比，便于对采空区空间范围进行空间标定与解释。

请参考图8，在一些实施例中，对高密度电法探测数据和并行电法监测数据进行联合反演与成像的步骤包括：

S304：对高密度电法探测数据和并行电法监测数据进行预处理，获取预处理电法数据，其中，对高密度电法探测数据和并行电法监测数据进行预处理的步骤包括：无效值剔除、拟合校正、数字滤波。具体的，无效值剔除指按照预设的筛选规则，去除高密度电法探测数据和并行电法监测数据中的无效值。拟合校正指利用现有的拟合校正方法，消除散射线为数据带来的影响。数字滤波指利用数字滤波器消除噪声，常见的数字滤波器有高通滤波器、低通滤波器、带通滤波器等。

S305：按照预设的参数设置规则，对预处理电法数据进行参数设置。参数设置规则用于设定较关键的预测参数。参数设置规则可以根据实际情况进行设置，此处不再赘述。

S306：根据预设的反演矩阵，对设置的参数进行反演，获取反演结果。通过对设置的参数进行联合反演，能够得到较精确的反演结果。

S307：根据预设的成像规则，对反演结果进行成像处理，获取成像数据。精确度较高，可实施性较强。

请参考图9，利用预设的钻孔进行3D激光扫描，获取3D扫描结果的步骤包括：

S401：选择至少一个钻孔进行3D激光扫描，获取点云数据。

S402：对点云数据进行点云除噪，获取除噪数据。

S403：根据预设的配准规则，对除噪数据进行点云配准，获取配准数据。点云配准指通过一个点集中的每一个点与另一个点集中的对应点的相互关系来实现点集与点集坐标系之间的转换，完成配准，实现除噪数据坐标系的统一。

S404：对配准数据进行数据反演，获取3D扫描结果。

在一些实施例中，获取地质模型的步骤之后包括：

获取待预测数据，待预测数据至少包括以下之一：三维地震数据、高密度电法探测数据和并行电法监测数据；

将待预测数据输入地质模型进行采空区预测，确定采空区的空间范围与解释成果。即在获取较优的地质模型之后，该模型能够用于进行露天深凹矿山采空区的精准预测。通过将三维地震数据、高密度电法探测数据和并行电法监测数据中的至少之一输入地质模型进行采空区预测，能够获取精准度较高的采空区预测结果，即采空区的空间范围及解释成果。实现对露天深凹矿山采空区的精准预测。

实施例一：

为了实现对露天深凹矿山这一特殊的应用场景进行精准度较高的采空区预测，本实施例通过在露天深凹矿山的目标区域进行三维地震勘测，获取三维地震数据，根据三维地震数据，确定采空区空间范围。然后，利用高密度电法和钻孔并行电法，从预先布置的电极获取高密度电法探测数据和并行电法监测数据，通过对高密度电法探测数据和并行电法监测数据进行联合反演与成像，获取成像数据。再利用成像数据，联合获取的地震成像结果，对采空区空间范围进行解释，即定向标定，获取采空区预测结果。最后，利用预设的钻孔进行3D激光扫描，获取3D扫描结果，该3D扫描结果为采空区的实际部分空间范围；根据采空区预测结果与3D扫描结果之间的差距，对采空区预测结果进行迭代反演与修正，获取较优的地质模型。以此实现对露天深凹矿山的采空区预测，精确度较高，对于采空区边界的识别能力较强，有效避免开采事故的发生。

实施例二：

通过获取三维地震数据、高密度电法探测数据和并行电法监测数据中的至少之一，将三维地震数据、高密度电法探测数据和并行电法监测数据中的至少之一输入获取的地质模型进行采空区预测，能够获取精准度较高的采空区预测结果，即采空区的空间范围及解释成果。实施较方便，成本较低，较好地贴合了露天深凹矿山这一应用场景，灵活度较高，自动化程度较高。

请参考图10，本实施例还提供一种深凹矿山采空区预测系统，系统包括：

三维地震模块1001，用于在目标区域进行三维地震勘探，获取三维地震数据，根据三维地震数据，确定采空区空间范围；

电法联合模块1002，用于利用高密度电法和钻孔并行电法，从预先布置的电极获取高密度电法探测数据和并行电法监测数据，并对高密度电法探测数据和并行电法监测数据进行联合反演与成像，获取成像数据；利用成像数据，联合获取的地震成像结果，对采空区空间范围进行解释，获取采空区预测结果；

3D激光扫描模块1003，用于利用预设的钻孔进行3D激光扫描，获取3D扫描结果，3D扫描结果为采空区的实际部分空间范围；

处理模块1004，用于根据采空区预测结果和3D扫描结果之间的差距，对采空区预测结果进行迭代反演与修正，获取地质模型。三维地震模块1001、电法联合模块1002、3D激光扫描模块1003和处理模块1004依次连接。本系统通过有机联合三维地震勘探、高密度电法和钻孔并行电法，获取采空区预测结果；利用预设的钻孔进行3D激光扫描，获取3D扫描结果；并根据采空区预测结果和3D扫描结果之间的差距，对采空区预测结果进行迭代反演与修正，获取地质模型，较好地提高了对露天深凹矿山采空区的预测精确度，获取了精确度较高的地质模型。有效提高电震联合的成像质量，改善反演成果，提高分辨率与预测精度，有效避免和减少各种开采事故发生，可实施性较强，成本较低。

在一些实施例中，三维地震模块1001在目标区域进行三维地震勘探，获取三维地震数据的步骤包括：

按照预设的检波器设置规则，在目标区域平行于地面的一面上设置检波器阵列；

控制至少一个可控震源对目标区域的侧面及平行于地面的一面进行激发，目标区域的侧面为深凹矿山垂直于地面的一面；

利用检波器阵列，采集可控震源发出的震源信号，获取三维地震数据。

在一些实施例中，三维地震模块1001根据三维地震数据，确定采空区空间范围的步骤包括：

对三维地震数据进行预处理，获取预处理地震数据，对三维地震数据进行预处理步骤包括：数据解编和对三维地震数据中的多次震源信号进行信号调和；

对预处理地震数据进行参数提取与分析，获取分析结果，参数提取与分析的步骤包括：滤波处理、振幅恢复处理、地表一致性反褶积、速度分析与动校正；

对分析结果进行实质性资料处理，获取采空区分布特征，实质性资料处理的步骤包括：去噪与偏移；

根据采空区分布特征，确定采空区空间范围。

在一些实施例中，电法联合模块1002从预先布置的电极获取高密度电法探测数据和并行电法监测数据的步骤包括：

按照预设的钻孔规则，在目标区域进行钻孔，确定至少一个钻孔；

根据预设的电极布置策略，在钻孔与目标区域平行于地面的一面进行电极布置；

利用布置的电极，获取高密度电法探测数据和并行电法监测数据；

其中，在钻孔与目标区域平行于地面的一面进行电极布置的步骤包括：在钻孔中设置电极串，电极串包括至少两个保持固定间距的电极；同时，在目标区域平行于地面的一面设置电极阵列，电极阵列中的电极依次连接。

在一些实施例中，电法联合模块1002对高密度电法探测数据和并行电法监测数据进行联合反演与成像的步骤包括：

对高密度电法探测数据和并行电法监测数据进行预处理，获取预处理电法数据，其中，对高密度电法探测数据和并行电法监测数据进行预处理的步骤包括：无效值剔除、拟合校正、数字滤波；

按照预设的参数设置规则，对预处理电法数据进行参数设置；

根据预设的反演矩阵，对设置的参数进行反演，获取反演结果；

根据预设的成像规则，对反演结果进行成像处理，获取成像数据。

在一些实施例中，3D激光扫描模块1003利用预设的钻孔进行3D激光扫描，获取3D扫描结果的步骤包括：

选择至少一个钻孔进行3D激光扫描，获取点云数据；

对点云数据进行点云除噪，获取除噪数据；

根据预设的配准规则，对除噪数据进行点云配准，获取配准数据；

对配准数据进行数据反演，获取3D扫描结果。

在一些实施例中，处理模块1004获取地质模型的步骤之后包括：

获取待预测数据，待预测数据至少包括以下之一：三维地震数据、高密度电法探测数据和并行电法监测数据；

将待预测数据输入地质模型进行采空区预测，确定采空区的空间范围与解释成果。

根据本公开的实施例，本公开还提供了一种电子设备和一种可读存储介质。

图11示出了可以用来实施本公开的实施例的示例电子设备1100的示意性框图。电子设备旨在表示各种形式的数字计算机，诸如，膝上型计算机、台式计算机、工作台、个人数字助理、服务器、刀片式服务器、大型计算机、和其它适合的计算机。电子设备还可以表示各种形式的移动装置，诸如，个人数字处理、蜂窝电话、智能电话、可穿戴设备和其它类似的计算装置。本文所示的部件、它们的连接和关系、以及它们的功能仅仅作为示例，并且不意在限制本文中描述的和/或者要求的本公开的实现。

如图11所示，设备1100包括计算单元1101，其可以根据存储在只读存储器(ROM)1102中的计算机程序或者从存储单元1108加载到随机访问存储器(RAM)1103中的计算机程序，来执行各种适当的动作和处理。在RAM 1103中，还可存储设备1100操作所需的各种程序和数据。计算单元1101、ROM 1102以及RAM 1103通过总线1104彼此相连。输入/输出(I/O)接口1105也连接至总线1104。

设备1100中的多个部件连接至I/O接口1105，包括：输入单元1106，例如键盘、鼠标等；输出单元1107，例如各种类型的显示器、扬声器等；存储单元1108，例如磁盘、光盘等；以及通信单元1109，例如网卡、调制解调器、无线通信收发机等。通信单元1109允许设备1100通过诸如因特网的计算机网络和/或各种电信网络与其他设备交换信息/数据。

计算单元1101可以是各种具有处理和计算能力的通用和/或专用处理组件。计算单元1101的一些示例包括但不限于中央处理单元(CPU)、图形处理单元(GPU)、各种专用的人工智能(AI)计算芯片、各种运行机器学习模型算法的计算单元、数字信号处理器(DSP)、以及任何适当的处理器、控制器、微控制器等。计算单元1101执行上文所描述的各个方法和处理，例如深凹矿山采空区预测方法。例如，在一些实施例中，深凹矿山采空区预测方法可被实现为计算机软件程序，其被有形地包含于机器可读介质，例如存储单元1108。在一些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由ROM 1102和/或通信单元1109而被载入和/或安装到设备1100上。当计算机程序加载到RAM 1103并由计算单元1101执行时，可以执行上文描述的深凹矿山采空区预测方法的一个或多个步骤。备选地，在其他实施例中，计算单元1101可以通过其他任何适当的方式(例如，借助于固件)而被配置为执行深凹矿山采空区预测方法。

本文中以上描述的系统和技术的各种实施方式可以在数字电子电路系统、集成电路系统、场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、专用标准产品(ASSP)、芯片上系统的系统(SOC)、负载可编程逻辑设备(CPLD)、计算机硬件、固件、软件、和/或它们的组合中实现。这些各种实施方式可以包括：实施在一个或者多个计算机程序中，该一个或者多个计算机程序可在包括至少一个可编程处理器的可编程系统上执行和/或解释，该可编程处理器可以是专用或者通用可编程处理器，可以从存储系统、至少一个输入装置、和至少一个输出装置接收数据和指令，并且将数据和指令传输至该存储系统、该至少一个输入装置、和该至少一个输出装置。

用于实施本公开的方法的程序代码可以采用一个或多个编程语言的任何组合来编写。这些程序代码可以提供给通用计算机、专用计算机或其他可编程数据处理装置的处理器或控制器，使得程序代码当由处理器或控制器执行时使流程图和/或框图中所规定的功能/操作被实施。程序代码可以完全在机器上执行、部分地在机器上执行，作为独立软件包部分地在机器上执行且部分地在远程机器上执行或完全在远程机器或服务器上执行。

在本公开的上下文中，机器可读介质可以是有形的介质，其可以包含或存储以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设备结合地使用的程序。机器可读介质可以是机器可读信号介质或机器可读储存介质。机器可读介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电磁的、红外的、或半导体系统、装置或设备，或者上述内容的任何合适组合。机器可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦除可编程只读存储器(EPROM或快闪存储器)、光纤、便捷式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任何合适组合。

为了提供与用户的交互，可以在计算机上实施此处描述的系统和技术，该计算机具有：用于向用户显示信息的显示装置(例如，CRT(阴极射线管)或者LCD(液晶显示器)监视器)；以及键盘和指向装置(例如，鼠标或者轨迹球)，用户可以通过该键盘和该指向装置来将输入提供给计算机。其它种类的装置还可以用于提供与用户的交互；例如，提供给用户的反馈可以是任何形式的传感反馈(例如，视觉反馈、听觉反馈、或者触觉反馈)；并且可以用任何形式(包括声输入、语音输入或者、触觉输入)来接收来自用户的输入。

可以将此处描述的系统和技术实施在包括后台部件的计算系统(例如，作为数据服务器)、或者包括中间件部件的计算系统(例如，应用服务器)、或者包括前端部件的计算系统(例如，具有图形用户界面或者网络浏览器的用户计算机，用户可以通过该图形用户界面或者该网络浏览器来与此处描述的系统和技术的实施方式交互)、或者包括这种后台部件、中间件部件、或者前端部件的任何组合的计算系统中。可以通过任何形式或者介质的数字数据通信(例如，通信网络)来将系统的部件相互连接。通信网络的示例包括：局域网(LAN)、广域网(WAN)和互联网。

计算机系统可以包括客户端和服务器。客户端和服务器一般远离彼此并且通常通过通信网络进行交互。通过在相应的计算机上运行并且彼此具有客户端-服务器关系的计算机程序来产生客户端和服务器的关系。服务器可以是云服务器，也可以为分布式系统的服务器，或者是结合了区块链的服务器。

应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或删除步骤。例如，本发公开中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本公开公开的技术方案所期望的结果，本文在此不进行限制。

此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或隐含地包括至少一个该特征。在本公开的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。

以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (5)

1.一种深凹矿山采空区预测方法，其特征在于，所述方法包括：

在目标区域进行三维地震勘探，获取三维地震数据；

根据所述三维地震数据，确定采空区空间范围；

利用高密度电法和钻孔并行电法，从预先布置的电极获取高密度电法探测数据和并行电法监测数据，并对所述高密度电法探测数据和所述并行电法监测数据进行联合反演与成像，获取成像数据；利用所述成像数据，联合获取的地震成像结果，对所述采空区空间范围进行解释，获取采空区预测结果；

利用预设的钻孔进行3D激光扫描，获取3D扫描结果，所述3D扫描结果为采空区的实际部分空间范围；

根据所述采空区预测结果和所述3D扫描结果之间的差距，对所述采空区预测结果进行迭代反演与修正，获取地质模型；

在目标区域进行三维地震勘探，获取三维地震数据的步骤包括：按照预设的检波器设置规则，在所述目标区域平行于地面的一面上设置检波器阵列；控制至少一个可控震源对目标区域的侧面及平行于地面的一面进行激发，所述目标区域的侧面为深凹矿山垂直于地面的一面；利用所述检波器阵列，采集所述可控震源发出的震源信号，获取所述三维地震数据；

根据所述三维地震数据，确定采空区空间范围的步骤包括：对所述三维地震数据进行预处理，获取预处理地震数据，对所述三维地震数据进行预处理步骤包括：数据解编和对所述三维地震数据中的多次震源信号进行信号调和；对所述预处理地震数据进行参数提取与分析，获取分析结果，所述参数提取与分析的步骤包括：滤波处理、振幅恢复处理、地表一致性反褶积、速度分析与动校正；对所述分析结果进行实质性资料处理，获取采空区分布特征，所述实质性资料处理的步骤包括：去噪与偏移；根据所述采空区分布特征，确定所述采空区空间范围；

从预先布置的电极获取高密度电法探测数据和并行电法监测数据的步骤包括：按照预设的钻孔规则，在所述目标区域进行钻孔，确定至少一个钻孔；根据预设的电极布置策略，在所述钻孔与目标区域平行于地面的一面进行电极布置；利用布置的电极，获取所述高密度电法探测数据和并行电法监测数据；其中，在所述钻孔与目标区域平行于地面的一面进行电极布置的步骤包括：在所述钻孔中设置电极串，所述电极串包括至少两个保持固定间距的电极；同时，在所述目标区域平行于地面的一面设置电极阵列，所述电极阵列中的电极依次连接；

对所述高密度电法探测数据和所述并行电法监测数据进行联合反演与成像的步骤包括：对所述高密度电法探测数据和所述并行电法监测数据进行预处理，获取预处理电法数据，其中，对所述高密度电法探测数据和所述并行电法监测数据进行预处理的步骤包括：无效值剔除、拟合校正、数字滤波；按照预设的参数设置规则，对所述预处理电法数据进行参数设置；根据预设的反演矩阵，对设置的参数进行反演，获取反演结果；根据预设的成像规则，对所述反演结果进行成像处理，获取所述成像数据；

利用预设的钻孔进行3D激光扫描，获取3D扫描结果的步骤包括：选择至少一个钻孔进行3D激光扫描，获取点云数据；对所述点云数据进行点云除噪，获取除噪数据；根据预设的配准规则，对所述除噪数据进行点云配准，获取配准数据；对所述配准数据进行数据反演，获取所述3D扫描结果。

2.根据权利要求1所述的深凹矿山采空区预测方法，其特征在于，获取地质模型的步骤之后包括：

获取待预测数据，所述待预测数据至少包括以下之一：三维地震数据、高密度电法探测数据和并行电法监测数据；

将所述待预测数据输入所述地质模型进行采空区预测，确定采空区的空间范围与解释成果。

3.一种深凹矿山采空区预测系统，其特征在于，所述系统包括：

三维地震模块，用于在目标区域进行三维地震勘探，获取三维地震数据，根据所述三维地震数据，确定采空区空间范围；

电法联合模块，用于利用高密度电法和钻孔并行电法，从预先布置的电极获取高密度电法探测数据和并行电法监测数据，并对所述高密度电法探测数据和所述并行电法监测数据进行联合反演与成像，获取成像数据；利用所述成像数据，联合获取的地震成像结果，对所述采空区空间范围进行解释，获取采空区预测结果；

3D激光扫描模块，用于利用预设的钻孔进行3D激光扫描，获取3D扫描结果，所述3D扫描结果为采空区的实际部分空间范围；

处理模块，用于根据所述采空区预测结果和所述3D扫描结果之间的差距，对所述采空区预测结果进行迭代反演与修正，获取地质模型；

所述三维地震模块，具体用于按照预设的检波器设置规则，在所述目标区域平行于地面的一面上设置检波器阵列；控制至少一个可控震源对目标区域的侧面及平行于地面的一面进行激发，所述目标区域的侧面为深凹矿山垂直于地面的一面；利用所述检波器阵列，采集所述可控震源发出的震源信号，获取所述三维地震数据；

所述三维地震模块，还用于对所述三维地震数据进行预处理，获取预处理地震数据，对所述三维地震数据进行预处理步骤包括：数据解编和对所述三维地震数据中的多次震源信号进行信号调和；对所述预处理地震数据进行参数提取与分析，获取分析结果，所述参数提取与分析的步骤包括：滤波处理、振幅恢复处理、地表一致性反褶积、速度分析与动校正；对所述分析结果进行实质性资料处理，获取采空区分布特征，所述实质性资料处理的步骤包括：去噪与偏移；根据所述采空区分布特征，确定所述采空区空间范围；

所述电法联合模块，具体用于按照预设的钻孔规则，在所述目标区域进行钻孔，确定至少一个钻孔；根据预设的电极布置策略，在所述钻孔与目标区域平行于地面的一面进行电极布置；利用布置的电极，获取所述高密度电法探测数据和并行电法监测数据；其中，在所述钻孔与目标区域平行于地面的一面进行电极布置的步骤包括：在所述钻孔中设置电极串，所述电极串包括至少两个保持固定间距的电极；同时，在所述目标区域平行于地面的一面设置电极阵列，所述电极阵列中的电极依次连接；

所述电法联合模块，还用于对所述高密度电法探测数据和所述并行电法监测数据进行预处理，获取预处理电法数据，其中，对所述高密度电法探测数据和所述并行电法监测数据进行预处理的步骤包括：无效值剔除、拟合校正、数字滤波；按照预设的参数设置规则，对所述预处理电法数据进行参数设置；根据预设的反演矩阵，对设置的参数进行反演，获取反演结果；根据预设的成像规则，对所述反演结果进行成像处理，获取所述成像数据；

所述3D激光扫描模块，具体用于选择至少一个钻孔进行3D激光扫描，获取点云数据；对所述点云数据进行点云除噪，获取除噪数据；根据预设的配准规则，对所述除噪数据进行点云配准，获取配准数据；对所述配准数据进行数据反演，获取所述3D扫描结果。

4.一种电子设备，其特征在于，包括：

至少一个处理器；以及

与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，

所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行权利要求1-2中任一项所述的方法。

5.一种存储有计算机指令的非瞬时计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机指令用于使所述计算机执行根据权利要求1-2中任一项所述的方法。