双巷间一发多收无线电波坑透场强测量系统与方法
【专利摘要】本发明涉及一种双巷间一发多收无线电波坑透测量系统与方法，包括发射系统和多通道接收系统，通过固定多通道接收系统所在接收测量点在某一观测站内，改变发射系统发射点位置，采集每一观测站中接收系统接收到的发射系统发射的电磁波透过双巷道之间的工作介质后的透过场强值，移动多通道接收系统形成多观测站，多观测站之间形成高精度透射电磁波数据体；利用电磁波透射成像获得双巷间煤岩层的场强和吸收系数分布图，结合揭露地质条件对面内构造及其异常进行精细解释，为工作面安全回采提供可靠的技术参数。
【专利说明】双巷间一发多收无线电波坑透场强测量系统与方法
【技术领域】
[0001]本发明属于矿井勘探【技术领域】，具体涉及矿井双巷间一发多收无线电波坑透场强测量系统与方法。
【背景技术】
[0002]矿井工作面回采过程中存在诸多影响安全高效生产的地质因素，主要包括巷道揭露断层、煤层变薄区的延伸状况，以及面内隐伏断层、陷落柱等发育条件，综合机械化采煤程度越高要求对面内构造探查程度越精细。目前，对综采工作面内部构造进行有效探查的方法以无线电波透视方法最为普遍，其现场操作简单，分辨能力强，因此在煤矿井下得到普遍应用。但是，现有的无线电波透视装置中数据采集仅为一发一收方式，现场通过固定发射点，变换接收点，形成扇形数据观测区，其现场工作量大，数据覆盖面小，成像精度低，不利于无线电波坑透技术推广和应用。
[0003]
【发明内容】
:
本发明针无线电波坑透仪器设备及工作技术方法存在的缺陷，利用工作面是双巷的条件，改进无线电波坑透技术，在一条巷道中布置多个接收点，在另一条巷道中移动发射点，形成一套一发多收透射测量系统，对双巷间的坑透场强进行测量，形成宽范围、高密度扫描透视电磁波数据体。通过双巷间透射层析成像，获得工作面内煤岩层的场强和吸收系数分布图，结合巷道揭露地质条件对面内构造及其异常进行精细分析，进一步提高现场勘探效率及层析成像效果，为工作面安全回采提供技术支撑。
[0004]本发明采用所采用的技术方案如下:
双巷间一发多收无线电波坑透场强测量系统，包括发射系统以及多通道接收系统，所述发射系统包括发射主机以及与发射主机电缆相连的发射天线线框，所述多通道接收系统包括多通道信号记录仪以及与接收机多通道信号记录仪电缆相连的多个接收天线线框，可接收1-16通道发射频率的数字信号，其特征在于:所述发射系统位于一巷道内，所述多通道发射系统位于另一巷道内，所述多个接收天线线框依次分布在所在巷道内形成一接收观测段，通过电缆依次相连并连接至多通道信号记录仪实现所在巷道内该接收观测段的观测，所述多通道接收系统在巷道内依次移动，实现整个巷道的观测；所述多通道接收系统每移动一次，确定一接收观测段，对应发射系统所在巷道内有一发射段，所述发射段内设有一定间距的发射点，所述发射系统依次处于发射点上发射电磁波，所述多通道接收系统通过多个接收天线接收透过两巷道之间工作面的电磁波实现该观测接收端内一发多收式探测，待整个巷道观测完毕，相互更换发射系统和多通道接收系统所处于的巷道，重复以上过程，实现双巷道之间相互观测。
[0005]所述发射主机发射频率包括0.158MHz,0.365 MHz和0.965MHz，所述发射天线线框呈长方形，其平面法线方向与所在巷道走向一致；所述接收天线线圈呈圆形，且平面法线方向与所在巷道走向一致。
[0006]所述接收天线线圈在巷道内的分布间距为5-10m形成接收观测段，该接收观测段对应的发射段内发射点按间距5-30m设置；所述多通道接收系统在巷道内依次移动时确定的相邻接收观测段首末之间重合或者间隔一定距离。
[0007]一种双巷间一发多收无线电波坑透场强测量方法，其特征在于，包括以下步骤:
(1)、选择一条巷道做发射巷道，将发射系统设置于该巷道内发射电磁波，选择另一条巷道做接收巷道，将多通道接收系统置于该巷道内多点接收电磁波透过值，现场根据巷道条件选择多通道信号记录仪的接收通道数，并在接收巷道中按5-10m点距布设接收点，将接收天线固定在接收点位置；
(2)、在发射巷道设定发射点位置，将发射线框置于发射点上，并设置发射频率、发射时长参数；
(3)、在发射机每处于一个发射点上的发射时长内所述多通道接收系统分别采集3组数据，进行平均后作为所接收到的电磁波透过场强值，并存储；
(4)、所述多通道接收系统位置不动，发射系统移动至下一发射点，进行信号发射，多通道接收系统在发射机发射时长内进行新一轮透过场强接收并存储，如此重复至发射段尾点结束，发射段长度以及发射点的间距根据巷道条件以及接收点的间距及位置设置，其中发射点的间距设为5-30m ；
(5)、移动多通道接收系统至下一轮接收观测段，所述下一轮接收观测点的首端和上一轮接收观测点的末端可以重合或者间隔一定距离，便于数据采集的交叉覆盖；
(6)、进行下一轮电磁波发射与接收循环；
(7)、发射巷道与接收巷道数据采集任务完成后，更换发射系统和多通道接收系统所在巷道位置实现发射巷道与接收巷道功能互换，原发射巷道变为接收巷道，原接收巷道变为发射巷道，重复进行电磁波发射与接收，直至完成整个工作面的数据采集任务；
(8)、采用层析成像方法对采集数据进行处理，获得工作面双巷间煤岩层的场强和吸收系数分布图并进行解释。
[0008]所述的采用层析成像方法对采集数据进行处理的过程如下:
(1)对全空间无线电波坑透数据体进行整理；(2)构建双巷间反演模型，进行网格单元划分；(3)电磁波透射射线追踪，实现场强和吸收系数反演，获得双巷间煤岩层介质场强及吸收系数分布图；(4)结合巷道掘进揭露煤岩层特征，确立场强异常及吸收系数异常判断标准，提取面内异常并进行精细解释。
[0009]本发明的有益效果体现在:
1、一发多收观测系统，其数据采集布置灵敏，可有效提高现场数据采集效率，增强不同接收点之间数据采集的一致性。
[0010]2、现场数据采集时，可根据勘探要求实现数据采集点之间的交叉覆盖，增大实测的数据量，提高数据反演的收敛程度，以及地质解释的准确率。
[0011]【专利附图】
【附图说明】:
图1为本发明的不意图；
图2 (a)为本发明发射系统结构示意图；
图2 (b)为本发明接收系统结构示意图；
图3为双巷无线电波透视发射与扫描接收观测系统示意图。
【具体实施方式】
[0012]如图1至图3所示，双巷间一发多收无线电波坑透场强测量系统，包括发射系统以及多通道接收系统，所述发射系统包括发射主机以及与发射主机电缆相连的发射天线线框，所述多通道接收系统包括多通道信号记录仪以及与接收机多通道信号记录仪电缆相连的多个接收天线线框，可接收1-16通道发射频率的数字信号，所述发射系统位于一巷道内，所述多通道发射系统位于另一巷道内，所述多个接收天线线框依次分布在所在巷道内形成一接收观测段，通过电缆依次相连并连接至多通道信号记录仪实现所在巷道内该接收观测段的观测，所述多通道接收系统在巷道内依次移动，实现整个巷道的观测；所述多通道接收系统每移动一次，确定一接收观测段，对应发射系统所在巷道内有一发射段，所述发射段内设有一定间距的发射点，所述发射系统依次处于发射点上发射电磁波，所述多通道接收系统通过多个接收天线接收透过两巷道之间工作面的电磁波实现该观测接收端内一发多收式探测，待整个巷道观测完毕，相互更换发射系统和多通道接收系统所处于的巷道，重复以上过程，实现双巷道之间相互观测。
[0013]所述发射主机发射频率包括0.158MHz,0.365 MHz和0.965MHz，所述发射天线线框呈长方形，其平面法线方向与所在巷道走向一致；所述接收天线线圈呈圆形，且平面法线方向与所在巷道走向一致。
[0014]所述接收天线线圈在巷道内的分布间距为5-10m形成接收观测段，该接收观测段对应的发射段内发射点按间距5-30m设置；所述多通道接收系统在巷道内依次移动时确定的相邻接收观测段首末之间重合或者间隔一定距离。
[0015]一种双巷间一发多收无线电波坑透场强测量方法，包括以下步骤:
(1)、选择一条巷道做发射巷道，将发射系统设置于该巷道内发射电磁波，选择另一条巷道做接收巷道，将多通道接收系统置于该巷道内多点接收电磁波透过值，现场根据巷道条件选择多通道信号记录仪的接收通道数，并在接收巷道中按5-10m点距布设接收点，将接收天线固定在接收点位置；
(2)、在发射巷道设定发射点位置，将发射线框置于发射点上，并设置发射频率、发射时长参数；
(3)、在发射机每处于一个发射点上的发射时长内所述多通道接收系统分别采集3组数据，进行平均后作为所接收到的电磁波透过场强值，并存储；
(4)、所述多通道接收系统位置不动，发射系统移动至下一发射点，进行信号发射，多通道接收系统在发射机发射时长内进行新一轮透过场强接收并存储，如此重复至发射段尾点结束，发射段长度以及发射点的间距根据巷道条件以及接收点的间距及位置设置，其中发射点的间距设为5-30m ；
(5)、移动多通道接收系统至下一轮接收观测段，所述下一轮接收观测点的首端和上一轮接收观测点的末端可以重合或者间隔一定距离，便于数据采集的交叉覆盖；
(6)、进行下一轮电磁波发射与接收循环；
(7)、发射巷道与接收巷道数据采集任务完成后，更换发射系统和多通道接收系统所在巷道位置实现发射巷道与接收巷道功能互换，原发射巷道变为接收巷道，原接收巷道变为发射巷道，重复进行电磁波发射与接收，直至完成整个工作面的数据采集任务；
(8)、采用层析成像方法对采集数据进行处理，获得工作面双巷间煤岩层的场强和吸收系数分布图并进行解释。
[0016]所述的采用层析成像方法对采集数据进行处理的过程如下:
(1)对全空间无线电波坑透数据体进行整理；(2)构建双巷间反演模型，进行网格单元划分；(3)电磁波透射射线追踪，实现场强和吸收系数反演，获得双巷间煤岩层介质场强及吸收系数分布图；(4)结合巷道掘进揭露煤岩层特征，确立场强异常及吸收系数异常判断标准，提取面内异常并进行精细解释。
【权利要求】
1.双巷间一发多收无线电波坑透场强测量系统，包括发射系统以及多通道接收系统，所述发射系统包括发射主机以及与发射主机电缆相连的发射天线线框，所述多通道接收系统包括多通道信号记录仪以及与接收机多通道信号记录仪电缆相连的多个接收天线线框，可接收1-16通道发射频率的数字信号，其特征在于:所述发射系统位于一巷道内，所述多通道发射系统位于另一巷道内，所述多个接收天线线框依次分布在所在巷道内形成一接收观测段，通过电缆依次相连并连接至多通道信号记录仪实现所在巷道内该接收观测段的观测，所述多通道接收系统在巷道内依次移动，实现整个巷道的观测；所述多通道接收系统每移动一次，确定一接收观测段，对应发射系统所在巷道内有一发射段，所述发射段内设有一定间距的发射点，所述发射系统依次处于发射点上发射电磁波，所述多通道接收系统通过多个接收天线接收透过两巷道之间工作面的电磁波实现该观测接收端内一发多收式探测，待整个巷道观测完毕，相互更换发射系统和多通道接收系统所处于的巷道，重复以上过程，实现双巷道之间相互观测。
2.根据权利要求1所述的双巷间一发多收无线电波坑透场强测量系统，其特征在于:所述发射主机发射频率包括0.158MHz,0.365 MHz和0.965MHz，所述发射天线线框呈长方形，其平面法线方向与所在巷道走向一致；所述接收天线线圈呈圆形，且平面法线方向与所在巷道走向一致。
3.根据权利要求1所述的双巷间一发多收无线电波坑透场强测量系统，其特征在于:所述接收天线线圈在巷道内的分布间距为5-10m形成接收观测段，该接收观测段对应的发射段内发射点按间距5-30m设置；所述多通道接收系统在巷道内依次移动时确定的相邻接收观测段首末之间重合或者间隔一定距离。
4.一种双巷间一发多收无线电波坑透场强测量方法，其特征在于，包括以下步骤: (1)、选择一条巷道做发射巷道，将发射系统设置于该巷道内发射电磁波，选择另一条巷道做接收巷道，将多通道接收系统置于该巷道内多点接收电磁波透过值，现场根据巷道条件选择多通道信号记录仪的接收通道数，并在接收巷道中按5-10m点距布设接收点，将接收天线固定在接收点位置； (2)、在发射巷道设定发射点位置，将发射线框置于发射点上，并设置发射频率、发射时长参数； (3)、在发射机每处于一个发射点上的发射时长内所述多通道接收系统分别采集3组数据，进行平均后作为所接收到的电磁波透过场强值，并存储； (4)、所述多通道接收系统位置不动，发射系统移动至下一发射点，进行信号发射，多通道接收系统在发射机发射时长内进行新一轮透过场强接收并存储，如此重复至发射段尾点结束，发射段长度以及发射点的间距根据巷道条件以及接收点的间距及位置设置，其中发射点的间距设为5-30m ； (5)、移动多通道接收系统至下一轮接收观测段，所述下一轮接收观测点的首端和上一轮接收观测点的末端可以重合或者间隔一定距离，便于数据采集的交叉覆盖； (6)、进行下一轮电磁波发射与接收循环； (7)、发射巷道与接收巷道数据采集任务完成后，更换发射系统和多通道接收系统所在巷道位置实现发射巷道与接收巷道功能互换，原发射巷道变为接收巷道，原接收巷道变为发射巷道，重复进行电磁波发射与接收，直至完成整个工作面的数据采集任务； (8)、采用层析成像方法对采集数据进行处理，获得工作面双巷间煤岩层的场强和吸收系数分布图并进行解释。
5.根据权利要求4所述的一种双巷间一发多收无线电波坑透场强测量方法，其特征在于:所述的、采用层析成像方法对采集数据进行处理的过程如下: (I)对全空间无线电波坑透数据体进行整理；(2)构建双巷间反演模型，进行网格单元划分；(3)电磁波透射射线追踪，实现场强和吸收系数反演，获得双巷间煤岩层介质场强及吸收系数分布图；(4)结合巷道掘进揭露煤岩层特征，确立场强异常及吸收系数异常判断标准，提取面内异常并进行精细解释。
【文档编号】G01V3/12GK104459807SQ201410571638
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年10月22日 优先权日:2014年10月22日
【发明者】张平松, 许时昂, 肖玉林, 吴荣新, 郭立全 申请人:安徽理工大学