本發(fā)明涉及一種基于井上下空間立體瞬變電磁數(shù)據(jù)采集的探測(cè)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

目前，煤礦隱蔽致災(zāi)地質(zhì)因素探測(cè)技術(shù)與裝備多基于地面探測(cè)。應(yīng)用于煤礦勘查領(lǐng)域的瞬變電磁探測(cè)法主要是地面探測(cè)法。由于瞬變電磁法體積效應(yīng)的影響，地面瞬變電磁隨著探測(cè)深度的增加，垂向和橫向分辨率逐漸降低，很難滿足深部礦井高分辨率的探測(cè)要求。而井下瞬變電磁法探測(cè)由于受礦井設(shè)備本安和隔爆要求，一般發(fā)射電流不大于4a，而且井下工業(yè)用電和鐵器等電磁干擾較為復(fù)雜，探測(cè)距離較?。ㄒ话悴淮笥?20m），數(shù)據(jù)信噪比較低，成果可靠性受到很大影響。因此，很難展開井下瞬變電磁法探測(cè)。

綜上所述，目前，在煤礦探測(cè)作業(yè)中，瞬變電磁法還未能充分發(fā)揮其在地質(zhì)探測(cè)方面的價(jià)值。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明提供了一種基于井上下空間立體瞬變電磁數(shù)據(jù)采集的探測(cè)系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)瞬變電磁法井上下同步聯(lián)合采集、立體動(dòng)態(tài)探測(cè)和空間綜合解釋。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：

一種基于井上下空間立體瞬變電磁數(shù)據(jù)采集的探測(cè)系統(tǒng)，包括瞬變電磁發(fā)送機(jī)、瞬變電磁發(fā)送回線、瞬變電磁接收機(jī)、地表系列接收探頭、垂直孔系列接收探頭、第一開采水平系列接收探頭和第二開采水平系列接收探頭；所述瞬變電磁發(fā)送機(jī)和所述瞬變電磁發(fā)送回線均布置于地表上，位于擬探測(cè)目標(biāo)正上方；所述垂直孔系列接收探頭布置于垂直孔內(nèi)，所述第一開采水平系列接收探頭布置于第一開采水平內(nèi)，所述第二開采水平系列接收探頭布置于第二開采水平內(nèi)；所述第一開采水平系列接收探頭布置于所述地表系列接收探頭正下方，所述垂直孔位于所述第一開采水平內(nèi)，所述第二開采水平位于所述第一開采水平上方并相鄰；所述瞬變電磁發(fā)送機(jī)的發(fā)送電流i和所述瞬變電磁發(fā)送回線長(zhǎng)度l由所述第一開采水平距離所述地表最大深度h和地層電阻率ρ確定，所述地表系列接收探頭布置于所述瞬變電磁發(fā)送回線范圍內(nèi)，長(zhǎng)度為所述瞬變電磁發(fā)送回線長(zhǎng)度l的2/3。在本發(fā)明中，將所述第一開采水平距離所述地表最大深度h定義為探測(cè)深度。

在工作狀態(tài)下，所述瞬變電磁發(fā)送機(jī)和所述瞬變電磁發(fā)送回線發(fā)送出一次脈沖電磁場(chǎng)，所述地表系列接收探頭、所述垂直孔系列接收探頭、所述第一開采水平系列接收探頭和所述第二開采水平系列接收探頭同步觀測(cè)二次渦流電磁場(chǎng)狀態(tài)，并把觀測(cè)數(shù)據(jù)傳輸所述瞬變電磁接收機(jī)。

在上述基于井上下空間立體瞬變電磁數(shù)據(jù)采集的探測(cè)系統(tǒng)中，當(dāng)探測(cè)深度h在500m以內(nèi)時(shí)，所述瞬變電磁發(fā)送機(jī)的最大發(fā)送電流i為10-20a，當(dāng)探測(cè)深度h在500m以上時(shí)，所述瞬變電磁發(fā)送機(jī)的最大發(fā)送電流i為20-40a。

在上述基于井上下空間立體瞬變電磁數(shù)據(jù)采集的探測(cè)系統(tǒng)中，所述瞬變電磁發(fā)送回線長(zhǎng)度l等于探測(cè)深度h，并隨著所述第一開采水平內(nèi)工作面推進(jìn)滾動(dòng)布置。

在上述基于井上下空間立體瞬變電磁數(shù)據(jù)采集的探測(cè)系統(tǒng)中，所述地表系列接收探頭、所述垂直孔系列接收探頭、所述第一開采水平系列接收探頭和所述第二開采水平系列接收探頭均等間距布置，間距5-20m。

在上述基于井上下空間立體瞬變電磁數(shù)據(jù)采集的探測(cè)系統(tǒng)中，所述垂直孔系列接收探頭、所述第一開采水平系列接收探頭和所述第二開采水平系列接收探頭均通過電纜或光纖與所述瞬變電磁接收機(jī)連接。

在上述基于井上下空間立體瞬變電磁數(shù)據(jù)采集的探測(cè)系統(tǒng)中，所述垂直孔系列接收探頭、所述第一開采水平系列接收探頭和所述第二開采水平系列接收探頭均為三分量接收裝置，且型號(hào)相同。

在上述基于井上下空間立體瞬變電磁數(shù)據(jù)采集的探測(cè)系統(tǒng)中，所述瞬變電磁發(fā)送機(jī)經(jīng)由瞬變電磁發(fā)送回線發(fā)送一次脈沖電磁場(chǎng)，所述垂直孔系列接收探頭、所述第一開采水平系列接收探頭和所述第二開采水平系列接收探頭同步接收二次渦流電磁場(chǎng)，根據(jù)發(fā)送回線、接收探頭、探測(cè)目標(biāo)體或異常體之間的耦合關(guān)系，進(jìn)行正反演計(jì)算與分析，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)綜合精細(xì)化解釋。

在上述基于井上下空間立體瞬變電磁數(shù)據(jù)采集的探測(cè)系統(tǒng)中，所述地表系列接收探頭、所述垂直孔系列接收探頭、所述第一開采水平系列接收探頭和所述第二開采水平系列接收探頭隨所述第一開采水平內(nèi)工作面推進(jìn)，實(shí)時(shí)同步接收所述瞬變電磁發(fā)送機(jī)經(jīng)由瞬變電磁發(fā)送回線發(fā)送一次脈沖電磁場(chǎng)感應(yīng)產(chǎn)生的二次渦流電磁場(chǎng)，獲得多次探測(cè)數(shù)據(jù)和資料解釋成果，實(shí)現(xiàn)立體動(dòng)態(tài)探測(cè)和空間綜合解釋。

當(dāng)大于兩個(gè)開采水平時(shí)，其他開采水平系列接收探頭的布置原則、數(shù)據(jù)傳輸形式、資料解釋方法等均與兩個(gè)開采水平時(shí)相同；當(dāng)大于1個(gè)鉆孔時(shí)，其他鉆孔系列接收探頭的布置原則、數(shù)據(jù)傳輸形式、資料解釋方法等均與1個(gè)鉆孔時(shí)相同；當(dāng)鉆孔不便于布置接收探頭或僅布置傳輸電纜或光纖時(shí)，已有井筒可代替鉆孔使用。

所述瞬變電磁發(fā)送機(jī)和發(fā)送回線也可布置在井下任一開采水平，在保證井下安全供電的條件下，發(fā)射回線可根據(jù)探測(cè)目標(biāo)體的位置及該水平采掘巷道分布情況靈活布置成大致長(zhǎng)方形，地表系列接收探頭及其他開采水平的系列接收探頭的布置原則、數(shù)據(jù)傳輸形式、資料解釋方法等均與地面水平發(fā)射時(shí)相同。

本發(fā)明的上述技術(shù)方案相比現(xiàn)有技術(shù)具有以下優(yōu)點(diǎn)：

(1)本發(fā)明提供的一種基于井上下空間立體瞬變電磁數(shù)據(jù)采集的探測(cè)系統(tǒng)，由于充分利用礦井地表、垂直孔、井下雙開采水平的有效空間，由地表瞬變電磁發(fā)送機(jī)和發(fā)送回線發(fā)送一次脈沖電磁場(chǎng)，同時(shí)利用地表、垂直孔及井下雙開采水平的探頭觀測(cè)二次渦流電磁場(chǎng)，尤其是同時(shí)在緊鄰開采水平上方開采水平內(nèi)布置探測(cè)點(diǎn)，通過近場(chǎng)且利用水平方位和傾角的補(bǔ)償，能夠有效消除探測(cè)深度對(duì)分辨率的影響，因此，本發(fā)明通過井上下同步聯(lián)合采集和空間綜合解釋，能夠明顯提高探測(cè)準(zhǔn)確性。

(2)本發(fā)明提供的一種基于井上下空間立體瞬變電磁數(shù)據(jù)采集的探測(cè)系統(tǒng)，由于瞬變電磁發(fā)送回線長(zhǎng)度l等于探測(cè)深度h，并隨著第一開采水平內(nèi)工作面推進(jìn)滾動(dòng)布置，可以同步實(shí)時(shí)對(duì)比分析多次的探測(cè)數(shù)據(jù)和資料解釋成果，因此，本發(fā)明能夠?qū)崿F(xiàn)立體動(dòng)態(tài)探測(cè)。

(3)本發(fā)明提供的一種基于井上下空間立體瞬變電磁數(shù)據(jù)采集的探測(cè)系統(tǒng)，由于采用地表系列接收探頭、垂直孔系列接收探頭、第一開采水平系列接收探頭和第二開采水平系列接收探頭同時(shí)接收電磁場(chǎng)數(shù)據(jù)，進(jìn)而可以通過層析成像方法反演井下巷道與地面之間的地質(zhì)信息，因此，本發(fā)明能夠準(zhǔn)確探測(cè)地面水平至最深開采水平之間各地層的地質(zhì)異常情況，為煤礦安全開采及隱蔽災(zāi)害防治提供科學(xué)指導(dǎo)。

(4)本發(fā)明提供的一種基于井上下空間立體瞬變電磁數(shù)據(jù)采集的探測(cè)系統(tǒng)，由于通過綜合考慮探測(cè)精度要求、目標(biāo)體實(shí)際探測(cè)深度和地層電阻率來合理確定發(fā)射回線的邊長(zhǎng)、發(fā)送機(jī)最大發(fā)射電流、接收線圈或探頭布置數(shù)量和間距，因此，本發(fā)明能夠在滿足探測(cè)精度要求的同時(shí)有效降低了探測(cè)成本。

(5)本發(fā)明提供的一種基于井上下空間立體瞬變電磁數(shù)據(jù)采集的探測(cè)系統(tǒng)，由于地表系列接收探頭、垂直孔系列接收探頭、第一開采水平系列接收探頭和第二開采水平系列接收探頭多次同步接收電磁場(chǎng)信息，因此，本發(fā)明能夠在三維立體成圖的基礎(chǔ)上進(jìn)行四維成圖和動(dòng)態(tài)解釋，進(jìn)而揭示開采擾動(dòng)條件下地層和地質(zhì)異常體的時(shí)空演化規(guī)律和致災(zāi)危險(xiǎn)程度。

(6)本發(fā)明提供的一種基于井上下空間立體瞬變電磁數(shù)據(jù)采集的探測(cè)系統(tǒng)，由于瞬變電磁發(fā)送機(jī)和發(fā)送回線可以選擇布置于井下開采水平內(nèi)，且接收探頭可布置在多緊鄰兩個(gè)開采水平工作面內(nèi)或垂直孔內(nèi)，因此，本發(fā)明能夠有效降低低阻含水層或高阻異常體對(duì)電磁波的吸收或屏蔽作用，有效提高探測(cè)分辨率和精度。

附圖說明

為了使本發(fā)明的內(nèi)容更容易被清楚的理解，下面根據(jù)本發(fā)明的具體實(shí)施例并結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，圖1是本發(fā)明一種基于井上下空間立體瞬變電磁數(shù)據(jù)采集的探測(cè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖。

圖中標(biāo)記為：1-瞬變電磁發(fā)送機(jī)，2-瞬變電磁發(fā)送回線，3-瞬變電磁接收機(jī)，4-地表系列接收探頭，5-垂直孔系列接收探頭，6-第一開采水平系列接收探頭，7-第二開采水平系列接收探頭，8-地表，9-垂直孔，10-第一開采水平，11-第二開采水平。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明實(shí)施方式作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。

圖1顯示的是本發(fā)明一種基于井上下空間立體瞬變電磁數(shù)據(jù)采集的探測(cè)系統(tǒng)的優(yōu)選實(shí)施例。

所述基于井上下空間立體瞬變電磁數(shù)據(jù)采集的探測(cè)系統(tǒng)，包括瞬變電磁發(fā)送機(jī)1、瞬變電磁發(fā)送回線2、瞬變電磁接收機(jī)3、地表系列接收探頭4、垂直孔系列接收探頭5、第一開采水平系列接收探頭6和第二開采水平系列接收探頭7；所述瞬變電磁發(fā)送機(jī)1和所述瞬變電磁發(fā)送回線2均布置于地表8上，位于擬探測(cè)目標(biāo)正上方；所述垂直孔系列接收探頭5布置于垂直孔9內(nèi)，所述第一開采水平系列接收探頭6布置于第一開采水平10內(nèi)，所述第二開采水平系列接收探頭7布置于第二開采水平11內(nèi)；所述第一開采水平系列接收探頭6布置于所述地表系列接收探頭4正下方，所述垂直孔9位于所述第一開采水平10內(nèi)，與所述地表8溝通，所述第二開采水平11位于所述第一開采水平10緊鄰上方；所述瞬變電磁發(fā)送機(jī)1的發(fā)送電流i和所述瞬變電磁發(fā)送回線2長(zhǎng)度l由所述第一開采水平10距離所述地表8最大深度h和地層電阻率ρ確定，所述地表系列接收探頭4布置于所述瞬變電磁發(fā)送回線2范圍內(nèi)，長(zhǎng)度為所述瞬變電磁發(fā)送回線2長(zhǎng)度l的2/3。

在工作狀態(tài)下，所述瞬變電磁發(fā)送機(jī)1和所述瞬變電磁發(fā)送回線2發(fā)送出一次脈沖電磁場(chǎng)，所述地表系列接收探頭4、所述垂直孔系列接收探頭5、所述第一開采水平系列接收探頭6和所述第二開采水平系列接收探頭7同步觀測(cè)二次渦流電磁場(chǎng)狀態(tài)，并將觀測(cè)數(shù)據(jù)傳輸所述瞬變電磁接收機(jī)3。

在本實(shí)施例中，探測(cè)深度h在500m以內(nèi)，所述瞬變電磁發(fā)送機(jī)1的最大發(fā)送電流i為10-20a，優(yōu)選12a。

在本實(shí)施例中，所述瞬變電磁發(fā)送回線2長(zhǎng)度l等于探測(cè)深度h，并隨著所述第一開采水平10內(nèi)工作面推進(jìn)滾動(dòng)布置。

在本實(shí)施例中，所述地表系列接收探頭4、所述垂直孔系列接收探頭5、所述第一開采水平系列接收探頭6和所述第二開采水平系列接收探頭7均等間距布置，間距為8m。

在本實(shí)施例中，所述垂直孔系列接收探頭5、所述第一開采水平系列接收探頭6和所述第二開采水平系列接收探頭7均通過電纜或光纖與所述瞬變電磁接收機(jī)3連接。

在本實(shí)施例中，所述垂直孔系列接收探頭5、所述第一開采水平系列接收探頭6和所述第二開采水平系列接收探頭7均為三分量接收裝置，且型號(hào)相同。

在本實(shí)施例中，所述瞬變電磁發(fā)送機(jī)1經(jīng)由瞬變電磁發(fā)送回線2發(fā)送一次脈沖電磁場(chǎng)，所述垂直孔系列接收探頭5、所述第一開采水平系列接收探頭6和所述第二開采水平系列接收探頭7同步接收二次渦流電磁場(chǎng)，根據(jù)發(fā)送回線、接收探頭、探測(cè)目標(biāo)體或異常體之間的耦合關(guān)系，進(jìn)行正反演計(jì)算與分析，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)綜合精細(xì)化解釋。

在本實(shí)施例中，所述地表系列接收探頭4、所述垂直孔系列接收探頭5、所述第一開采水平系列接收探頭6和所述第二開采水平系列接收探頭7隨所述第一開采水平內(nèi)工作面推進(jìn)，實(shí)時(shí)同步接收所述瞬變電磁發(fā)送機(jī)1經(jīng)由瞬變電磁發(fā)送回線2發(fā)送一次脈沖電磁場(chǎng)感應(yīng)產(chǎn)生的二次渦流電磁場(chǎng)，獲得多次探測(cè)數(shù)據(jù)和資料解釋成果，實(shí)現(xiàn)立體動(dòng)態(tài)探測(cè)和空間綜合解釋。

在其他實(shí)施例中，探測(cè)深度h在500m以上，所述瞬變電磁發(fā)送機(jī)1的最大發(fā)送電流i為20-40a。，優(yōu)選28a。

顯然，上述實(shí)施例僅僅是為清楚地說明所作的舉例，而并非對(duì)實(shí)施方式的限定。對(duì)于所屬領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在上述說明的基礎(chǔ)上還可以做出其它不同形式的變化或變動(dòng)。這里無需也無法對(duì)所有的實(shí)施方式予以窮舉。而由此所引伸出的顯而易見的變化或變動(dòng)仍處于本發(fā)明的保護(hù)范圍之中。