一种基于多频巷道反射无线电波的废弃矿井空间探测方法技术

本发明专利技术涉及一种基于多频巷道反射无线电波的废弃矿井空间探测方法，所述方法包括：步骤(1)，在岩石巷道沿巷道走向布设若干个等间距探测接收点，设计并布置多个无线电波发射点以及响应接收段；步骤(2)，在所述发射点处放置无线电波发射机，选择一台或两台无线电波接收机用于接收无线电波信号，并采用多个频率开始进行探测工作；步骤(3)，通过对现场所采集到的每个发射点所对应的接收点处的场强数据进行分析，得出废弃矿井采空区所赋存的地质异常区及其深度。本发明专利技术能用于对同一原煤层工作面进行无线电波反射勘探，有利于实现探查废弃矿井采空区异常体的目的，也有利于确定地下空间范围及围岩发育情况。围及围岩发育情况。围及围岩发育情况。

【技术实现步骤摘要】
一种基于多频巷道反射无线电波的废弃矿井空间探测方法


[0001]本专利技术属于矿井电磁法勘探技术，主要涉及一种基于多频巷道反射无线电波的废弃矿井空间探测方法，其通过在废弃矿井工作面下方或上方岩石巷道中，利用多频无线电波反射探测技术，进行废弃煤层工作面内剩余空间的探查。

技术介绍

[0002]随着煤炭资源开采，大量矿井因达生命周期，或因生产安全要求和盈利亏损问题，正面临着废弃的现状。直接废弃不仅会导致大量潜在资源地浪费，还会留下一定的安全和环境隐患。废弃矿井“有宝可寻”，采空区可能遗留大量煤层气、地下水或巨大的存储空间，因此开发并利用废弃矿井意义重大。
[0003]目前，无线电波透视技术已广泛运用于井下工作面煤矿资源及地质构造异常探测的工作中，探测深度达200～300m，其原理在于利用双向巷道发射并接收无线电波从而获取有差异的场强值，以此反演成像来分析工作面中可能存在的构造。但在废弃矿井工作面中，如图1，由于采动塌陷引起地下空间持续地扩大，常规矿井无线电波透视法所必备的两条巷道观测条件无法实现；而在运输大巷或采区运输大巷采用无线电波勘探手段，存在探测距离远远不够的问题。采空区巷道易受采动影响，产生围岩变形、破坏和坍塌；同时，矿井关闭或废弃多年，废弃巷道地质情况未经探明而贸然进入，易引发安全事故；在废弃矿井工作面采空区附近开掘新巷道无经济价值且易导致突水或瓦斯泄露等安全隐患。
[0004]现阶段，针对废弃矿井采空区地下空间发育及液
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气遗留等情况，缺乏合理有效的探测方法，严重限制了废弃矿井空间和资源的利用与发展。

技术实现思路

[0005]为克服上述现存的探测技术难题，本专利技术提出了基于多频巷道反射无线电波的废弃矿井空间探测方法，旨在查明废弃矿井采空区地下空间发育现状及液
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气遗留情况，主要专利技术点为在废弃矿井工作面下方或上方岩石巷道中，发射并接收多频无线电波，探测废弃煤层工作面内的空间发育及液
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气遗留/泄露情况，以更好地指导废弃矿井的二次利用。
[0006]为了实现上述目的，本专利技术提出如下技术，其原理如下：
[0007]1、矿井同巷多频反射无线电波探测技术。
[0008]当前同巷反射无线电波勘探技术手段多采用单频探测，即仅使用一种频率探测巷道周边地质情况并获取其接收场强值。虽然使用单一频率探测煤层工作面地质构造时通常也能得到一定有效的衰减异常信号，但若频率选取不合适，一方面可能导致工作面部分范围缺失真实数据，另一方面也可能导致探测精度不足，结果分辨率过低的情形。为解决上述问题，本专利技术采用矿井工作面同巷多频反射无线电波探测技术，基于上/下方岩石巷道，对同一废弃矿井采空区同步使用2个及2个以上频率进行反射无线电波勘探，获取多组反射无线电波接收场强值，既便于综合利用多组频率探测所得成果分析研究废弃矿井岩石巷道上/下周边地质异常赋存位置，和单频探测相比又有利于反演图像分辨率的提升和修正，大
幅增加了地质异常的精度解释，为废弃矿井地下空间有效、合理、精准探查与利用提供了一种新思路。
[0009]2、废弃矿井空间多频无线电波探测数据处理与说明。
[0010]由于煤层与顶底板岩层电性差异较大，使得煤层能成为无线电波的天然波导，理论上将无线电波视为在煤层中沿着某一路径定向传播的射线。当它在煤层中传播时直接接触到断层、陷落柱等地质异常体，将产生反射、绕射等物理现象从而造成透射信号能量的衰减和反射信号的增强，因此多频同巷反射无线电波观测系统可接收到的场强值为不同频率下直达信号和反射信号的叠加值。由于不同工作频率对无线电波在煤层中传导的衰减系数造成影响，因此在做多频无线电波数据处理时，可整合同一接收点不同频率所探测的接收场强值，若多组频率实测场强值和理论场强值均相同，则在该接收点可接收范围内无地质异常，若不同组频率实测场强值和理论场强值相差甚远，则在该接收点可接受范围内可能存在多个不同埋深的地质异常体，利用本专利技术设计的多频同巷反射无线电波勘探测深公式，可获得频率系数影响下的不同地质异常体埋藏深度。利用井下无线电波能量传播原理，处理、分析采集到的多频同巷无线电波场强值并反演成像，可以较为精确地得到废弃矿井岩石巷道周边地质异常赋存范围及相对位置。
[0011]本专利技术所提供的技术方案如下：
[0012]一种基于多频巷道反射无线电波的废弃矿井空间探测方法，所述方法包括以下步骤：
[0013]步骤(1)，进入废弃矿井工作面上侧岩石巷道后，结合井下原煤层工作面工程数据资料，在岩石巷道沿巷道走向布设若干个等间距探测接收点并按探测方向顺序编号；设计并布置多个无线电波发射点以及响应接收段，所述相应接收段内具有所述接收点，其中相邻的两个发射点之间间距为50m～100m；相邻的两个接收点之间间距为5m～10m；
[0014]步骤(2)，在所述发射点处放置无线电波发射机，用于发射无线电波，选择一台或两台无线电波接收机用于接收无线电波信号，并采用多个频率开始进行探测工作；
[0015]步骤(3)，通过对现场所采集到的每个发射点所对应的接收点处的场强数据进行分析，和对同巷反射发射
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接收场强数据反演处理，得到不同频率所对应的多个无线电波场强曲线图及吸收系数平面图，从而得出废弃矿井采空区所赋存的地质异常区及其深度；
[0016]步骤(4)，结合巷道掘进平、剖面地质资料，进一步综合确定巷道周边地质构造特征，提交地质异常解释成果图，指导废弃矿井采空区后续的空间利用。
[0017]进一步的，所述步骤(2)包括：
[0018]步骤(2
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1)，先选择岩石巷道两侧末端发射点中一点，然后以此发射点为起始发射点沿巷道走向依次按正序对其余发射点编号，若选择一台无线电波接收机用于接收无线电波信号，则采用“一发单收”多频观测系统，并转入步骤(2
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2)，若选择两台转入接收机用于接收无线电波信号，则采用“一发双收”多频观测系统，并转入步骤(2
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3)；
[0019]步骤(2
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2)，将无线电波接收机放置在离岩石巷道终端的最近一点并将接收端朝向岩石巷道上/下方采空区，将无线电波发射机放置在起始发射点，并执行“一发单收”多频反射无线电波发射
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接收过程，即：无线电波发射机朝着岩石巷道上/下方废弃矿井采空区持续地发射多频无线电波，在设置的发射时间内，无线电波接收机在同一个接收点接收并存储不同频率的场强数据，以此类推，依次经过该接收端在各个接收点，获取起始发射点发
射无线电波时每个接收点的多频反射无线电波场强数据，由此完成起始发射点所对应的所有接收点的信号收集；
[0020]之后暂停无线电波的发射，将无线电波发射机搬运至下一个发射点，然后重复上述“一发单收”多频反射无线电波发射
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接收过程，获取该发射点所对应的所有接收点的场强信号；以此类推，直至获取标号处所有发射点所对应的各个频率的无线电波接收本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于多频巷道反射无线电波的废弃矿井空间探测方法，其特征在于能用于对同一原煤层工作面进行无线电波反射勘探，有利于实现探查废弃矿井采空区异常体的目的，也有利于确定地下空间范围及围岩发育情况，所述方法包括以下步骤：步骤(1)，进入废弃矿井工作面上侧岩石巷道后，结合井下原煤层工作面工程数据资料，在岩石巷道沿巷道走向布设若干个等间距探测接收点并按探测方向顺序编号；设计并布置多个无线电波发射点以及响应接收段，所述响应接收段内具有所述接收点，其中相邻的两个发射点之间间距为50m～100m；相邻的两个接收点之间间距为5m～10m；步骤(2)，在所述发射点处放置无线电波发射机，用于发射无线电波，选择一台或两台无线电波接收机用于接收无线电波信号，并采用多个频率开始进行探测工作；步骤(3)，通过对现场所采集到的每个发射点所对应的接收点处的场强数据进行分析，和对同巷反射发射
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接收场强数据反演处理，得到不同频率所对应的多个无线电波场强曲线图及吸收系数平面图，从而得出废弃矿井采空区所赋存的地质异常区及其深度；步骤(4)，结合巷道掘进平、剖面地质资料，进一步综合确定巷道周边地质构造特征，提交地质异常解释成果图，指导废弃矿井采空区后续的空间利用。2.根据权利要求1所述的一种基于多频巷道反射无线电波的废弃矿井空间探测方法，其特征在于，能用于对同一原煤层工作面进行无线电波反射勘探，有利于实现探查废弃矿井采空区异常体的目的，也有利于确定地下空间范围及围岩发育情况，所述步骤(2)包括：步骤(2
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1)，先选择岩石巷道两侧末端发射点中一点，然后以此发射点为起始发射点沿巷道走向依次按正序对其余发射点编号，若选择一台无线电波接收机用于接收无线电波信号，则采用“一发单收”多频观测系统，并转入步骤(2
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2)，若选择两台转入接收机用于接收无线电波信号，则采用“一发双收”多频观测系统，并转入步骤(2
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3)；步骤(2
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2)，将无线电波接收机放置在离岩石巷道终端的最近一点并将接收端朝向岩石巷道上/下方采空区，将无线电波发射机放置在起始发射点，并执行“一发单收”多频反射无线电波发射
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接收过程，即：无线电波发射机朝着岩石巷道上/下方废弃矿井采空区持续地发射多频无线电波，在设置的发射时间内，无线电波接收机在同一个接收点接收并存储不同频率的场强数据，以此类推，依次经过该接收端在各个接收点，获取起始发射点发射无线电波时每个接收点的多频反射无线电波场强数据，由此完成起始发射点所对应的所有接收点的信号收集；之后暂停无线电波的发射，将无线电波发射机搬运至下一个发射点，然后重复上述“一发单收”多频反射无线电波发射
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接收过程，获取该发射点所对应的所有接收点的场强信号；以此类推，直至获取标号处所有发射点所对应的各个频率的无线电波接收场强数据；步骤(2
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3)，将无线电波发射机放置在起始发射点并朝着岩石巷道上/下方废弃矿井采空区持续地发射无线电波，此时两台无线电波接收机分别布置于起始发射点两侧，并执行“一发双收”多频反射无线电波发射
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接收过程，即：在设置的发射时间内，两台无线电波接收机接收端朝向岩石巷道上/下方废弃矿井采空区并按序依次接收到沿巷道方向经过的每个接收点，从而获取起始发射点接收段内所有接收点处的多频场强信号；之后暂停无线电波的发射，将无线电波发射机搬运至下一个发射点，然后重复上述“一发双收”多频反射无线电波发射
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接收过程，获取该发射点所对应的所有接收点的场强信号；以此...

【专利技术属性】
技术研发人员：胡泽安，庞瑶，王晓玉，杨巧楠，黄均辰，吴荣新，
申请(专利权)人：安徽理工大学，
类型：发明
国别省市：