一种坑道电磁波超前探测地层电阻率的方法技术

本发明专利技术提供一种坑道电磁波超前探测地层电阻率的方法包括在非导电骨架上固定M个独立天线，M个独立天线共面设置，其中，M个独立天线中包含一个发射天线T，M

【技术实现步骤摘要】
一种坑道电磁波超前探测地层电阻率的方法


[0001]本专利技术属于煤矿开采的物理勘探领域，具体涉及一种坑道电磁波超前探测地层电阻率的方法。

技术介绍

[0002]在矿井坑道掘进过程中，采空区、陷落柱、断层、其它构造等地质异常体会给正常掘进带来极大干扰，甚至会诱发矿井事故。因此，在开展掘进工作之前，需要用相应技术手段对前方可能存在的地质异常体进行超前探测。与周围正常岩层相比，地质异常体的电阻率通常会发生明显差异，因此，通常采用超前探测地层电阻率的方法，进而为解释前方是否存在的地质异常提供重要参考。
[0003]常用的可实现超前探测电阻率的方法有直流电法超前探测、矿井瞬变电磁超前探测等。其中直流电法超前探测施工简单在煤矿井下得到了广泛应用，但长期以来，对于直流电法超前探测有效探测距离一直未有定论，布设不同间距的电机，施工效率低，这给该方法的精准解释带来极大困扰。矿井瞬变电磁超前探测是在地表瞬变电磁方法的基础上演变而来，但是瞬变电磁装置受关断效应影响有浅层探测盲区，此外由于瞬变电磁探测采集的是激励源关断后的纯二次场信号，二次场在地层中衰减迅速导致采集的晚期信号幅值很低，极易受环境中的电磁信号干扰，导致测量的地层电阻率的精准度较低。

技术实现思路

[0004]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的在于，本专利技术提供一种坑道电磁波超前探测地层电阻率的方法，解决现有技术存在的问题。
[0005]为了解决上述技术问题，本专利技术采用如下技术方案予以实现：
[0006]一种坑道电磁波超前探测地层电阻率的方法，该方法步骤包括：
[0007]步骤一，在非导电骨架上固定M+1个独立天线，所述M+1个独立天线共面设置，其中，M+1个独立天线中包含1个发射天线T，M个聚焦接收天线，依次记为R1、R2、R3、...、R
M
，所述聚焦接收天线与发射天线T的距离依次记为L1、L2、L3、...、L
M
，聚焦接收天线的缠绕圈数依次记为N1圈、N2圈、N3圈、...、N
M
圈；
[0008]步骤二，将步骤一中的M+1个独立天线进行组合，包含一组全天线组合方式：TR1R2R3、...、R
M
与M
‑
1组三天线组合方式：TR1R2、TR2R3、...、 TR
M
‑1R
M
；
[0009]步骤三，采用步骤二中的全天线组合方式中，发射天线T能够发射不同频率的交变电流信号；
[0010]M个聚焦接收天线可采集M个复感应电动势信号V1、V2、V3...V
M
，将 M个复感应电动势信号分离为M个直接耦合信号和M个纯二次场感应信号，并对所述M个直接耦合信号进行加权平均，做第一次信号干扰校正，得到干扰校正后的直接耦合信号V
m
；
[0011]步骤四，采用步骤二中三天线组合方式中，当TR1R2组合方式工作时，发射天线T发射电流为I
T
，聚焦接收天线R1接收到的复感应电动势信号为V'
11
，聚焦接收天线R2接收到的
复感应电动势信号为V'
12
；当TR2R3组合方式工作时，发射天线T发射电流为I
T
，聚焦接收天线R2接收到的复感应电动势信号为V'
22
，聚焦接收天线R3接收到的复感应电动势信号为V'
23
；...；当TR
M
‑1R
M
组合方式工作时，发射天线T发射电流为I
T
，聚焦接收天线R
M
‑1接收到的复感应电动势信号为V'
M
‑
1M
‑1，聚焦接收天线R
M
接收到的复感应电动势信号为V'
M
‑
1M
；
[0012]步骤五，聚焦接收天线R1接收到的纯二次场信号V1′
；V1取V'
12
与V'
22
信号中纯二次场感应信号进行加权平均，得到干扰校正后的聚焦接收天线R2接收的纯二次场感应信号V'2；取V'
23
与V'
33
信号中，纯二次场感应信号进行加权平均，得到干扰校正后的聚焦接收天线R3接收的纯二次场感应信号V'3；...；取V'
M
‑
2M
‑1与V'
M
‑
1M
‑1信号中，纯二次场感应信号进行加权平均，得到干扰校正后的聚焦接收天线R
M
‑1接收的纯二次场感应信号V'
M
‑1；聚焦接收天线R
M
接收到的纯二次场信号V
′
m
，完成第二次信号干扰校正；
[0013]步骤六，根据步骤三中第一次信号干扰校正后得到的直接耦合信号V
m
，以及步骤五中的纯二次场信号V'1、V'2、V'3、...、V'
M
‑1、V'
M
计算各天线的电导率σ1、σ2、σ3、...、σ
M
‑1、σ
M
，将各天线计算得到的电导率加权平均，做第三次信号干扰校正，得到该工作频率下，聚焦测量的视电导率，记为σ
m
，通过σ
m
计算探测深度δ
m
。
[0014]所述步骤一中，聚焦接收天线与发射天线T的距离与聚焦接收天线的缠绕圈数满足下式：
[0015]i＝1,2,3...M
‑
2。
[0016]所述步骤三中，通过数字向敏检波器电路将M个复感应电动势信号分离为M个直接耦合信号和M纯二次场感应信号，可表示为：
[0017][0018]其中，V
11
、V
21
、V
31
、...、V
M1
为直接耦合信号，V
12
、V
22
、V
32
、...、 V
M2
为纯二次场感应信号；
[0019]对所述M个直接耦合信号进行加权平均，做第一次信号干扰校正，得到消除干扰后的直接耦合信号：
[0020][0021]所述步骤五中，
[0022]聚焦接收天线R1接收到的纯二次场信号：
[0023]V'1＝|Real(V'
11
)|
[0024]聚焦接收天线R
M
接收到的纯二次场信号：
[0025]V'
M
＝|Real(V'
M
‑
1M
)|。
[0026]所述步骤四中，
[0027]R1天线计算电导率为：
[0028][0029]R2天线计算电导率为：
[0030][0031]R
M
天线计算电导率为：
[0032]本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种坑道电磁波超前探测地层电阻率的方法，其特征在于，该方法步骤包括：步骤一，在非导电骨架上固定M+1个独立天线，所述M+1个独立天线共面设置，其中，M+1个独立天线中包含1个发射天线T，M个聚焦接收天线，依次记为R1、R2、R3、...、R
M
，所述聚焦接收天线与发射天线T的距离依次记为L1、L2、L3、...、L
M
，聚焦接收天线的缠绕圈数依次记为N1圈、N2圈、N3圈、...、N
M
圈；步骤二，将步骤一中的M+1个独立天线进行组合，包含一组全天线组合方式：TR1R2R3、...、R
M
与M
‑
1组三天线组合方式：TR1R2、TR2R3、...、TR
M
‑1R
M
；步骤三，采用步骤二中的全天线组合方式中，发射天线T能够发射不同频率的交变电流信号；M个聚焦接收天线可采集M个复感应电动势信号V1、V2、V3...V
M
，将M个复感应电动势信号分离为M个直接耦合信号和M个纯二次场感应信号，并对所述M个直接耦合信号进行加权平均，做第一次信号干扰校正，得到干扰校正后的直接耦合信号V
m
；步骤四，采用步骤二中三天线组合方式中，当TR1R2组合方式工作时，发射天线T发射电流为I
T
，聚焦接收天线R1接收到的复感应电动势信号为V
′
11
，聚焦接收天线R2接收到的复感应电动势信号为V
′
12
；当TR2R3组合方式工作时，发射天线T发射电流为I
T
，聚焦接收天线R2接收到的复感应电动势信号为V
′
22
，聚焦接收天线R3接收到的复感应电动势信号为V
′
23
；...；当TR
M
‑1R
M
组合方式工作时，发射天线T发射电流为I
T
，聚焦接收天线R
M
‑1接收到的复感应电动势信号为V'
M
‑
1M
‑1，聚焦接收天线R
M
接收到的复感应电动势信号为V'
M
‑
1M
；步骤五，聚焦接收天线R1接收到的纯二次场信号V
′1；V1取V
′
12
与V
′
22
信号中纯二次场感应信号进行加权平均，得到干扰校正后的聚焦接收天线R2接收的纯二次场感应信号V
′2；取V
′
23
与V
′
33
信号中，纯二次场感应信号进行加权平均，得到干扰校正后的聚焦接收天线R3接收的纯二次场感应信号V
′3；...；取V'
M
‑
2M
‑1与V'
M
‑
1M
‑1信号中，纯二次场感应信号进行加权平均，得到干扰校正后的聚焦接收天线R
M
‑1接收的纯二次场感应信号V'
M
‑1；聚焦接收天线R
M
接收到的纯二次场信号V
′
m
，完成第二次信号干扰校正；步骤六，根据步骤三中第一次信号干扰校正后得到的直接耦合信号V
m
，以及步骤五中的纯二次场信号V
′1、V
′2、V
′3、...、V'
M
‑1、V'
M
计算各天线的电导率σ1、σ2、σ3、...、σ
M
‑1、σ
M
，将各天线计算得到的电导率加权平均，做第三次信号干扰校正，得到该工作频率下，聚焦测量的视电导率，记为σ
m
，通过σ
m
计算探测深度δ
m
。2.如权利要求1所述的坑道电磁波超前探测地层电阻率的方法，其特征在于，所述步骤一中，聚焦接收天线与发射天线T的距离与聚焦...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵佳佳，李宇腾，汪凯斌，李雄伟，王小龙，张军，张佳，韩昱，
申请(专利权)人：中煤科工集团西安研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：