一种金属矿采空区探测方法技术

本发明专利技术为金属矿采空区探测方法，包括：a.在测区内选定测点，编码1～n，b.调节发射机的参数，调节接收机包括设定接收信号的衰减幅度；c.发射机向发射线圈发出幅值为V的双极性矩形脉冲信号，在地下经过一次场到二次场的转变，由接收机接收到接收线圈中的二次场信号并进行数据记录和处理，完成单点单电压等级的测量；d.在1号点的位置上，改变发射电压，完成1号点的多电压等级测量，再将对2号点重复上述过程，完成2号点的多电压等级测量，依次完成1～n号点的多电压等级测量。e.进行数据处理，通过发现同期数据的异常来得出地下采空区的位置。该方法在保证数据有效性的前提下可以实现以最短的死区时间完成最大深度的探测。

【技术实现步骤摘要】
一种金属矿采空区探测方法
本专利技术属于地球物理勘探领域，尤其涉及一种金属矿采空区探测方法。
技术介绍
从20世纪中后期至今，我国基础建设不断开展，对金属矿产资源的需求和使用一直处于快速增长阶段，目前我国有1万多座地下金属矿山，每年产出20多亿吨矿石。然而金属矿产资源开采利用过后，由于地质条件的改变形成了大量的采空区，大量采空区的存在使矿山开采条件恶化,地下岩体原有的力学平衡被打破，随时可能发生位移、岩爆等事故；更严重的是采空区会被瓦斯、地下水等充填,在未探明情况之前施工存在巨大的安全隐患。因此探测采空区一直是资源勘探领域必须面对的难题。现阶段，国内少有针对金属矿采空区的探测方法，一般是沿用煤矿采空区传统的瞬变电磁法。瞬变电磁法是以电磁感应原理为基础，当发射线圈中的发射电流突然降为零时，线圈周围会感应出一次场，一次场传播过程中会在地下导电介质中产生涡旋电流，涡旋电流在变化过程中会向地表传播二次场，通过对二次场进行接收和反演来判断地质异常体。在金属矿山中，由于地质体电阻率低，地下会形成若干个不规则屏蔽层，必须采用大电流设计才能将信号穿透；同时为了保证采空区的探测精度，必须采用小线圈设计。小线圈大电流的设计必然导致线圈电感量大，这样就使得发射电流不能实现瞬间关断而是产生了一段关断时间，这段时间内本就微弱的接收信号中又混入强发射信号，无法进行分析反演，称为死区时间。死区时间过长使得该部分接收信号无法被有效利用，进而导致采空区被漏报。因此需要进行重新设计才可应用于金属矿山。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题在于提供一种金属矿采空区探测方法,在保证数据有效性的前提下可以实现以最短的死区时间完成最大深度的探测。一种金属矿采空区探测方法，其特征在于，包括如下的步骤：a.在测区内选定测点，编码1～n，以1号测点为中心在地上铺设发射线圈和接收线圈，二者以重叠回线方式铺设；将发射机的发射端口与发射线圈相连接，接收机的接收端口与接收线圈相连接，发射机的同步端口与接收机的同步端口之间用同步信号线相连接；b.调节发射机的参数包括：调节发射电压V，不同的电压可以达到不同的发射深度；调节发射时间t1的长度，来控制发射波形的长短；调节延时时间t2的长度，该参数决定着发射机能不能在合适的时间向接收机发出同步信号；调节采集时间t4；调节接收机包括设定接收信号的衰减幅度；c.发射机向发射线圈发出幅值为V的双极性矩形脉冲信号，在地下经过一次场到二次场的转变，由接收机接收到接收线圈中的二次场信号并进行数据记录和处理，完成单点单电压等级的测量；d.在1号点的位置上，改变发射电压，重复上述b-c的过程，完成1号点的多电压等级测量，再将对2号点重复上述过程，完成2号点的多电压等级测量，依次完成1～n号点的多电压等级测量。e.采集到的数据包括时间与电流绘制成函数曲线，进行数据处理包括：①将1号点的若干组数据分不同时段进行截取，不同的电压用V1、V2……Vn来表示，V1电压等级截取T1段时间数据，V2电压等级截取T2段时间数据，至Vn电压等级截取Tn段时间数据，将截取后的各段数据进行归一化处理，拟合成一条平滑曲线L1；②2号点的数据重复上述步骤，拟合成一条平滑曲线L2，同样的，依次完成曲线L1～Ln的拟合；③将曲线L1～Ln在反演平台进行反演，通过发现同期数据的异常来得出地下采空区的位置。进一步地，所采用的发射机包括：MCU，为控制核心；波段开关组，与所述MCU连接用于进行参数设置；储能电容，与MCU之间通过DC-DC升压电路连接后通过DC-DC升压电路对储能电容充电至设置的电压值；电压采集电路，连接在MCU与储能电容之间，采集储能电容的电压值并传递至MCU；IGBT桥路，与所述储能电容连接，并通过IGBT驱动电路在MCU的控制下通断使储能电容向发射线圈发射交变双极性矩形脉冲。进一步地，所采用的接收机包括：衰减电路，与接收线圈连接，将接收线圈接收的信号按照衰减倍数调节；波段开关，与所述衰减电路连接设定接收信号的衰减幅度；PC机，依次通过AD采集电路以及调理电路与衰减电路连接，信号经调理电路调节后，通过AD采集电路的转换传递至PC机，所述PC机与发射机连接后接收发射机发出的同步信号，并对数据进行处理。进一步地，步骤a)中通过网格划分等方法在测区内选定测点。进一步地，波段开关组对MCU设定当次测量的相应参数，包括发射电压V、发射时间t1、延时时间t2和采集时间t4。进一步地，如果储能电容当前电压大于或等于MCU中设定的电压，则停止充电，同时MCU通过控制IGBT桥路的通断来实现储能电容向发射线圈发射双极性矩形脉冲。进一步地，MCU的时序控制流程如下：检测当前储能电容电压；若储能电容电压小于设定值，则向DC-DC升压电源发出充电信号；若储能电容电压大于等于设定值，则停止充电并控制IGBT桥路发射正向电流脉冲，持续时间t1后停止发射，然后等待时间t2后向接收机发出同步信号，同步信号时长t3为固定值，等待时间t4后检测当前储能电容电压；若小于设定值则向DC-DC升压电路发出充电信号；若大于等于设定值则停止充电，充电时间时长t5不固定；控制IGBT桥路发射反向电流脉冲；重复上述过程直至测量结束。本专利技术是这样实现的，本专利技术与现有技术相比，有益效果在于：本专利技术方法建立在电磁感应原理的基础上，通过发射不同电压等级脉冲进行多次测量，将采集到的数据进行分段截取、归一化处理之后再进行反演分析，该方法在保证数据有效性的前提下可以实现以最短的死区时间完成最大深度的探测。通过控制储能电容的充放电，实现了野外条件下大功率信号的发射；通过波段开关组来设置各种测量参数使得操作简单，提高了野外条件下仪器的可靠性；该方法可以在野外条件下实现小线圈大功率发射，探测深度大、精度高、可靠性强。该方法能实现对金属矿采空区进行有效探测，进而为矿区安全生产提供保障。附图说明图1是本专利技术实施例提供的设备的模块结构框图；图2是本专利技术实施例提供的MCU工作时序示意图；图3是本专利技术实施例提供的多点测量流程示意图；图4是本专利技术实施例提供的数据截取和拼接示意图。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术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专利技术，并不用于限定本专利技术。如图1所示，本专利技术是这样实现的：一种金属矿采空区探测方法，采用的探测装置包括发射机10、接收机17、发射线圈6和接收线圈7。发射机10包括波段开关组1、MCU2、DC-DC升压电路3、储能电容4、IGBT桥路5、IGBT驱动电路9以及电压采集电路8；波段开关组1与MCU2相连接进行参数设置，MCU2与IGBT驱动电路9相连，IGBT驱动电路9连接到IGBT桥路5控制其通断，MCU2与DC-DC升压电路3相连，DC-DC升压电路3连接到储能电容4对其充电，储能电容4通过电压采集电路8与MCU2相连接，同时储能电容4与IGBT桥路5连接，IGBT桥路5的输出端与发射线圈6相连。接收机17包括衰减电路12、调理电路13、AD采集电路14、平板PC机16以及波段开关11；接收线圈7与衰减电路12相连接，衰减电路12的输出端与调理电路13连接，同时衰减电路12与波段开关11相连，接收本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种金属矿采空区探测方法，其特征在于，包括如下的步骤：a.在测区内选定测点，编码1～n，以1号测点为中心在地上铺设发射线圈和接收线圈，二者以重叠回线方式铺设；将发射机的发射端口与发射线圈相连接，接收机的接收端口与接收线圈相连接，发射机的同步端口与接收机的同步端口之间用同步信号线相连接；b.调节发射机的参数包括：调节发射电压V，V＝V1、V2……Vn，不同的电压可以达到不同的发射深度；调节发射时间t1的长度，来控制发射波形的长短；调节延时时间t2的长度，该参数决定着发射机能不能在合适的时间向接收机发出同步信号；调节采集时间t4；调节接收机包括设定接收信号的衰减幅度；c.发射机向发射线圈发出幅值为V的双极性矩形脉冲信号，在地下经过一次场到二次场的转变，由接收机接收到接收线圈中的二次场信号并进行数据记录和处理，完成单点单电压等级的测量；d.在1号点的位置上，改变发射电压，重复上述b‑c的过程，完成1号点的多电压等级测量，再将对2号点重复上述过程，完成2号点的多电压等级测量，依次完成1～n号点的多电压等级测量。e.采集到的数据包括时间与电流绘制成函数曲线，进行数据处理包括：①将1号点的若干组数据分不同时段进行截取，不同的电压用V1、V2……Vn来表示，V1电压等级截取T1段时间数据，V2电压等级截取T2段时间数据，至Vn电压等级截取Tn段时间数据，将截取后的各段数据进行归一化处理，拟合成一条平滑曲线L1；②2号点的数据重复上述步骤，拟合成一条平滑曲线L2，同样的，依次完成曲线L1～Ln的拟合；③将曲线L1～Ln在反演平台进行反演，通过发现同期数据的异常来得出地下采空区的位置。...

【技术特征摘要】
1.一种金属矿采空区探测方法，其特征在于，包括如下的步骤：a.在测区内选定测点，编码1～n，以1号测点为中心在地上铺设发射线圈和接收线圈，二者以重叠回线方式铺设；将发射机的发射端口与发射线圈相连接，接收机的接收端口与接收线圈相连接，发射机的同步端口与接收机的同步端口之间用同步信号线相连接；b.调节发射机的参数包括：调节发射电压V，V＝V1、V2……Vn，不同的电压可以达到不同的发射深度；调节发射时间t1的长度，来控制发射波形的长短；调节延时时间t2的长度，该参数决定着发射机能不能在合适的时间向接收机发出同步信号；调节采集时间t4；调节接收机包括设定接收信号的衰减幅度；c.发射机向发射线圈发出幅值为V的双极性矩形脉冲信号，在地下经过一次场到二次场的转变，由接收机接收到接收线圈中的二次场信号并进行数据记录和处理，完成单点单电压等级的测量；d.在1号点的位置上，改变发射电压，重复上述b-c的过程，完成1号点的多电压等级测量，再将对2号点重复上述过程，完成2号点的多电压等级测量，依次完成1～n号点的多电压等级测量；e.采集到的数据包括时间与电流绘制成函数曲线，进行数据处理包括：①将1号点的若干组数据分不同时段进行截取，不同的电压用V1、V2……Vn来表示，V1电压等级截取T1段时间数据，V2电压等级截取T2段时间数据，至Vn电压等级截取Tn段时间数据，其中T1表示V1电压等级下的取样时间，T2示V2电压等级下的取样时间，Tn表示Vn电压等级下的取样时间，将截取后的各段数据进行归一化处理，拟合成一条平滑曲线L1；②2号点的数据重复上述步骤，拟合成一条平滑曲线L2，同样的，依次完成曲线L1～Ln的拟合；③将曲线L1～Ln在反演平台进行反演，通过发现同期数据的异常来得出地下采空区的位置。2.按照权利要求1所述的金属矿采空区探测方法，其特征在于，所采用的发射机包括：MCU，为控制核心；波段开关组，与所述MCU连接用于进行参数设置；储能电容，与...

【专利技术属性】
技术研发人员：段清明，孟健，王超群，尚芮，
申请(专利权)人：吉林大学，
类型：发明
国别省市：吉林;22