专利名称：巷道超前探测数据的多参数空间成图法的制作方法
技术领域：
本发明属于物探领域中的数据处理方法，特别涉及一种巷道超前探测数据的多参数空间成图法。
背景技术：
巷道多维超前探测的目的就是探明探测控制范围内是否存在突水隐患，为巷道掘进安全及做好防治水工作提供物探技术依据。实际探测过程中除需要准确圈定异常的位置、形态和范围外，还需要对异常性质做出较为明确的地质分析与判断。通常对探测数据的处理是将数据按照现有处理方法生成平面图，如生成视电阻率等值线平面图等，按照此等值线平面图对异常情况进行分析定位和定性。但是此种方法所用的分析参数单一，能够提供的异常的信息比较少。而且由于该分析参数系地面半空间物探环境直接引入井下全空间物探环境，其适用性、针对性、有效性均存在一些不足。最突出的两个问题是煤矿井下低阻环境中含水异常低阻特征不明显以及巷道近端(浅部)低阻屏蔽问题。因此，探索、研究新的适合煤矿井下环境条件的分析参数及资料解释技术，对提高巷道超前探测技术效果具有十分重要的理论意义和现实意义。申请号为201110095155. 4的发明专利《巷道多方位超前探测方法》公开了一种用于巷道掘进时对巷道迎头前方及周边的含水体或其他不良地质体进行探测的方法，本发明将常规超前探测的“一维探测”拓展为“多维探测”和“空间探测”，可最大限度地查明巷道掘进波及范围内隐伏突水隐患情况，为掘进安全提供物探技术依据，令巷道迎头超前探测的探测范围、探测距离、工作效率得到大幅提升。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种能够从多方位反映巷道前方地质条件、提高巷道超前探测精度的巷道超前探测数据的多参数空间成图法。为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为一种巷道超前探测数据的多参数空间成图法，包括如下步骤
一、确定测量用三维立体坐标轴，首先在巷道空间内确定所述三维立体坐标轴的原点， 以过原点且垂直于所述巷道迎头平面的水平横向直线为X轴，以过原点且垂直于X轴、平行于巷道迎头平面的水平纵向直线为Y轴，以过原点且垂直于所述XY平面的直线为Z轴；以所述X轴和Y轴组成的XY平面为仰俯角的零度角平面，以所述X轴和ζ轴组成的XL平面为水平方位角的零度角平面；执行下述第二步；
二、以所述三维立体坐标轴的原点为基准点，放置测量装置，调整测量装置进行探测， 得到水平斜切图或垂直斜剖图，具体做法为
当需要得到水平斜切图时，具体做法为确定一个仰俯角α，过Y轴做与XY平面呈夹角为α的仰俯角平面，然后，过ζ轴做两个与)(Ζ平面夹角为^和β 2的水平方位角平面， 所述仰俯角为α仰俯角平面上被这两个水平方位角平面所限制的部分称为水平斜切图；当需要得到垂直斜剖图时，具体做法为确定一个水平方位角θ，过Z轴做与)(Ζ平面呈夹角为θ的水平方位角平面，然后，过Y轴做两个与XY平面呈夹角为1和η2的仰俯角平面，所述水平方位角为θ的水平方位角平面被这两个仰俯角平面所限制的部分称为垂直斜剖将得到的水平斜切图或垂直斜剖图以视电阻率辟、视电阻率对数&和富水系数声中的一个或两个或三个为参数生成相应的视电阻率A等值线平面图、视电阻率对数t等值线平面图、富水系数为等值线平面图；所述视电阻率对数&与视电阻车T ζ间的关系为 ds=\ogPs ；在与水平斜切图相对应的视电阻率鋒等值线平面图中任意一个水平方位角所对应的测量直线上，或在与垂直斜剖图相对应的视电阻率A等值线平面图中任意一个仰俯角所对应的测量直线上，取N个视电阻率Al Ci = IL ,N)，所述富水系数Jfei与视电阻
/ΛΓ
率 之间的关系为/ = Psi f X Psi ； PsI/ iJ
当需要得到平剖图时，执行下属第三步；否则，执行下述第四步；
三、得到平剖图的具体做法为首先，按照上述第二步中所述，得到由三个以上水平斜切图或垂直斜剖图组成的水平斜切图组或垂直斜剖图组；然后，根据需要执行下述A步或B
止
少
A、在Z轴上确定一个坐标点，过此坐标点做垂直于Z轴的平面，此平面与所述水平斜切图组或垂直斜剖图组相交得到的平面称为平剖图；将平剖图以视电阻率A、视电阻率对数 和富水系数声中的一个或两个或三个为参数生成相应的视电阻率辟等值线平面图、视电阻率对数 等值线平面图、富水系数身等值线平面图；执行下述第四步；
B、将水平斜切图组或垂直斜剖图组以视电阻率鋒、视电阻率对数&和富水系数声中的一个或两个或三个为参数生成相应的视电阻率评等值线平面图组、视电阻率对数 等值线平面图组、富水系数身等值线平面图组；在上述等值线平面图组中，按照上述第A步中得到平剖图的方法，得到视电阻率.◎等值线平面图、视电阻率对数 等值线平面图、富水系数声等值线平面图的平剖图；执行下述第四步；
四、将上述步骤中得到的水平斜切图、垂直斜剖图、平剖图所对应的视电阻率等值线平面图、视电阻率对数i等值线平面图、富水系数/ 等值线平面图综合分析。所述三维立体坐标轴以巷道迎头平面的中心点或巷道迎头平面底边的中点作为原点。采用上述技术方案取得的技术进步为该方法可从多角度、多侧面反映探测区域的地质情况，最大限度地提取有效信息；本发明可准确刻画物探异常的空间位置、形态，并对异常性质，如是老空水，还是导水断层、含水陷落柱等含水类型进行准确定性，在确保探测结果的唯一性方面意义重大；采用本发明提出的视电阻率对数(ds )、富水系数(声)等新的分析参数，可有效解决常规视电阻率单一参数、在井下低阻环境中含水异常导致低阻特征不突出以及巷道近端(浅部)低阻屏蔽的弊端；采用本发明提出的多种分析参数，绘制巷道迎头超前探测多参数对比解释图，可以从不同侧面、不同角度互相验证、互为补充，对物探异常的可靠性、真实性进行准确分析、界定，可最大限度地减少井下物探工作的虚报、 误报，为巷道掘进安全提供科学、有效的物探技术依据，杜绝和减少掘进突水事故的发生。
图1为实施例1中仰俯角为-15°，水平方位角为左60° 右75°的水平斜切图对应的视电阻率A等值线平面图2为与图1相对应的富水系数为等值线平面图； 图3为与图1相对应的视电阻率对数 等值线平面图4为实施例1中水平方位角为0°，仰俯角为+10° -45°的垂直斜剖图对应的视电阻率对数论等值线平面图5为实施例2中仰俯角为+45°，水平方位角为0° 左的水平斜切图对应的视电阻率对数&等值线平面图6为实施例2中水平方位角为左11°，仰俯角为+35° +65°的垂直斜剖图对应的视电阻率对数 等值线平面图 为实施例2中过顶板45m高度平面所做的平剖图相对应的视电阻率对数&等值线平面图。
具体实施例方式实施例1
利用巷道超前探测数据的多参数空间成图法，对开溧集团范各庄矿井下巷道迎头进行多方位超前探测，包括如下步骤
一、首先确定测量用三维立体坐标轴，所述三维立体坐标轴以距离巷道迎头平面5米且与迎头平面底边的中心点同处于X轴的点为原点，以过原点且垂直于所述巷道迎头平面的水平横向直线为X轴，以过原点且垂直于X轴、平行于巷道迎头平面的水平纵向直线为Y 轴，以过原点且垂直于所述XY平面的直线为Z轴；以所述X轴和Y轴组成的XY平面为仰俯角的零度角平面，以所述X轴和ζ轴组成的XL平面为水平方位角的零度角平面；
二、以所述三维立体坐标轴的原点为基准点，放置测量装置，按照巷道多方位超前探测方法(申请号201110095155. 4)，调整测量装置进行探测，得到水平斜切图，具体做法为 确定一个仰俯角α，将仰俯角定为-15°，过Y轴做与XY平面呈夹角为-15°的仰俯角平面，此时仰俯角平面位于XY平面的下方；然后，过Z轴做两个与)(Ζ平面夹角为左60°和右 75°的水平方位角平面，所述仰俯角为-15°仰俯角平面上被这两个水平方位角平面所限制的部分即为仰俯角为-15°、水平方位角为-75° +60°水平斜切图；将所述水平斜切图以视电阻率辟、富水系数为和视电阻率对数Λ为参数生成相应的视电阻车τ等值线平面图、富水系数为等值线平面图和视电阻率对数 等值线平面图，如图1至图3所示；
按照上述做法得到垂直斜剖图确定一个水平方位角θ，将水平方位角定为0°，过Z 轴做与TL平面呈夹角为0°的水平方位角平面，即此时的水平方位角平面即为TL平面；然后，过Y轴做两个与XY平面呈夹角为-45° (位于XY平面下方)和+10° (位于XY平面上方)的仰俯角平面，此时)(Z平面被这两个仰俯角平面所限制的部分即为仰俯角为0°、水平方位角为-45° +10°的垂直斜剖图，将所述垂直斜剖图以视电阻率对数 为参数生成相应的视电阻率对数&等值线平面图，如图4所示；
四、将上述得到的图1至图4结合起来，对巷道迎头前方的异常情况进行综合分析。通过上述可知，对于开溧集团范各庄矿井下巷道迎头多方位超前探测成果，对同一套数据采用多个参数的解释曲线图进行对比来分析巷道迎头前方的异常情况。图1为仰俯角为-15°、水平方位角为-60° +75°的水平斜切图对应的视电阻率A等值线平面图，图2为与图1相对应的富水系数为等值线平面图，图3为与图1相对应的视电阻率对数 等值线平面图，图4为水平方位角为0°、仰俯角为+10° -45°的垂直斜剖图对应的视电阻率对数Λ等值线平面图。图1为国内外普遍采用的是常规参数一视电阻率A ,图中低阻异常区范围大、含水异常形态很难确定，视电阻本’参数显示的技术效果不明显；图2为图1相对应的富水系数/s等值线平面图，技术效果略好于图1 ；图3为本专利提出的与图1相对应的视电阻率对数 等值线平面图，从图3中可以很清楚的观察到该探测区域中的异常为一条带状低阻区。为了更好地了解此带状低阻区的详细情况，又得到图4，即仰角为+10° -45°、水平方位角为0°的垂直斜剖图对应的视电阻率对数 等值线平面图，综合图3、图4可以断定该带状低阻区为一条导水断层。后来，矿方根据探测结果，及时修改设计，提前拐切眼，避免了一起掘进突水事故。同样情况，针对不同环境条件、不同生产问题，采用多参数对比分析法，从中选择最有效参数及参数组合进行解释，可大大提高解释的准确性和探测结果的唯一性，为生产安全提供科学、有效的技术依据。实施例2
对吉煤集团西安矿井下小窑积水采空区采用巷道超前探测数据的多参数空间成图法进行探测，包括如下步骤
一、以实施例1中的第一步相同，确定测量用三维立体坐标轴的操作，此时三维立体坐标轴以距离巷道迎头平面4米且与迎头平面底边的中心点同处于X轴的点为原点；
二、以第一步三维立体坐标轴的原点为基准点，放置测量装置，调整所述测量装置，按照巷道多方位超前探测方法(申请号201110095155. 4)进行探测得到水平斜切图首先确定一个仰俯角α，将仰俯角α定为+45°，过Y轴做与XY平面呈夹角为+45°的仰俯角平面，此平面位于XY平面的上方；将两个水平方位角的范围定为0° 左，过Z轴，做两个与)(Ζ平面呈夹角为0°和左的水平方位角平面，所述仰俯角为+45°的仰俯角平面被这两个水平方位角平面所限制的部分即为仰俯角为+45°、水平方位角为0° 左的水平斜切按照下述做法得到垂直斜剖图确定水平方位角θ，将水平方位角定为左11°，过Z 轴做与)(Ζ平面呈夹角为11°的水平方位角平面，将仰俯角的辐射范围定为+35° +65°， 过Y轴做两个与XY平面呈夹角为+35° +65°的仰俯角平面，这两个仰俯角平面将夹角为11°的水平方位角平面限制的部分即为水平方位角为左11°、仰俯角为+35° +65°的垂直斜剖将所述水平斜切图和垂直斜剖图以视电阻率对数&为参数得到视电阻率对数A等值线平面图，如图5和图6所示；
三、按照上述第二步中的方法，变换仰俯角，得到仰俯角为+35°、+45°、+55°、+65° 的水平斜切组；将所述水平斜切图组以视电阻率对数 为参数生成相应的视电阻率对数^等值线平面图组；在Z轴上确定一个坐标点，此坐标点距离巷道顶板的高度为45 米，过此坐标点做垂直于Z轴的平面，此平面与所述视电阻率对数 等值线平面图组相交得到的平面称为平剖图相对应的视电阻率对数 等值线平面图，如图7所示；
四、将上述步骤中得到的水平斜切图、垂直斜剖图和平剖图所对应的视电阻率对数& 等值线平面图综合分析。图5为实施例2中仰俯角为+45°、水平方位角为0° 左的水平斜切图对应的视电阻率对数 等值线平面图，图6为水平方位角为左11°、仰俯角为+35° +65°的垂直斜剖图相对应的视电阻率对数论等值线平面图。由于这两个图与小窑井底车场空间上呈斜切关系，小窑巷道主要集中在施工巷道上方45m高度的水平面上，因此，两种解释图对小窑积水区的描述误差较大，低阻区远大于实际积水范围，很难实现对小窑积水空区大小、位置、范围的准确刻画。图7为得到一组水平斜切图组之后，在过顶板45m高度，从水平斜切图组上得到的平剖图对应的视电阻率对数 等值线平面图，从空间上理解，该图直接切过小窑巷道平面，对小窑积水区范围及位置的描述十分精准，从而为矿方疏放老空水提供了重要技术依据。目前，该成果已为生产揭露所证实。本方法仅以实际测量中较常用的一些方位作为参考规定测量时使用的三维立体坐标轴的CTZ轴，在实际施工过程中，施工人员根据需要自行确定三维坐标轴即可。本发明仅详细介绍了应用巷道多方位超前探测方法(申请号201110095155. 4)的两个具体实施例，在实际应用中专业技术人员可根据实际需要使用适宜的探测方法进行。在实际探测过程中，视情况决定需要水平斜切图、垂直斜剖图还是水平斜切图组、 垂直斜剖图组，根据实际地质条件确认测量用的仰俯角和水平方位角等。本发明仅是给出多参数成图方法的基本思路，实际使用过程中，根据自行需要灵活使用。
权利要求
1. 一种巷道超前探测数据的多参数空间成图法，其特征在于包括如下步骤一、确定测量用三维立体坐标轴，首先在巷道空间内确定所述三维立体坐标轴的原点， 以过原点且垂直于所述巷道迎头平面的水平横向直线为X轴，以过原点且垂直于X轴、平行于巷道迎头平面的水平纵向直线为Y轴，以过原点且垂直于所述XY平面的直线为Z轴；以所述X轴和Y轴组成的XY平面为仰俯角的零度角平面，以所述X轴和ζ轴组成的XL平面为水平方位角的零度角平面；执行下述第二步；二、以所述三维立体坐标轴的原点为基准点，放置测量装置，调整测量装置进行探测， 得到水平斜切图或垂直斜剖图，具体做法为当需要得到水平斜切图时，具体做法为确定一个仰俯角α，过Y轴做与XY平面呈夹角为α的仰俯角平面，然后，过ζ轴做两个与)(Ζ平面夹角为^和β 2的水平方位角平面， 所述仰俯角为α仰俯角平面上被这两个水平方位角平面所限制的部分称为水平斜切图； 当需要得到垂直斜剖图时，具体做法为确定一个水平方位角θ，过Z轴做与)(Ζ平面呈夹角为θ的水平方位角平面，然后，过Y轴做两个与XY平面呈夹角为1和η2的仰俯角平面，所述水平方位角为θ的水平方位角平面被这两个仰俯角平面所限制的部分称为垂直斜剖图；将得到的水平斜切图或垂直斜剖图以视电阻率辟、视电阻率对数rfs和富水系数身中的一个或两个或三个为参数生成相应的视电阻本T等值线平面图、视电阻率对数χ等值线平面图、富水系数为等值线平面图；所述视电阻率对数 与视电阻率@之间的关系为 & = Iogps ；在与水平斜切图相对应的视电阻率⑦等值线平面图中任意一个水平方位角所对应的测量直线上，或在与垂直斜剖图相对应的视电阻率A等值线平面图中任意一个仰俯角所对应的测量直线上，取N个视电阻率Al (1 = 1,L，N)，所述富水系数Jfei与视电阻严率&之间的关系为
2.根据权利要求1所述的巷道超前探测数据的多参数空间成图法，其特征在于所述三维立体坐标轴以巷道迎头平面的中心点或巷道迎头平面底边的中点作为原点。
全文摘要
本发明公开了一种巷道超前探测数据的多参数空间成图法，属于物探领域中的数据处理方法。本发明利用利用巷道超前探测的方法，得到以水平斜切图、垂直斜剖图和平剖图为依据生成的视电阻率等值线断面图、视电阻率对数等值线断面图和富水系数等值线断面图，结合这不同等值线断面图对异常情况综合分析。该方法可从多角度、多侧面反映探测区域的地质情况，最大限度地提取有效信息，对物探异常的可靠性、真实性进行准确分析、界定，可最大限度地减少井下物探工作的虚报、误报，为巷道掘进安全提供科学、有效的物探技术依据，杜绝和减少掘进突水事故的发生。
文档编号G01V3/38GK102508311SQ20111038992
公开日2012年6月20日 申请日期2011年11月30日 优先权日2011年11月30日
发明者周杰民, 孙吉益, 崔焕玉, 张根良, 李全明, 李智文, 李玉宝, 杜木民, 武延辉, 王玺瑞, 白登海, 赵广淼, 赵立松, 郭培鹏 申请人:河北煤炭科学研究院