一种不明采空区探测装置与方法
【技术领域】
[0001]本发明属于矿井探测领域，尤其涉及一种不明采空区探测装置与方法。
【背景技术】
[0002]20世纪末，我国矿业开采秩序较为混乱，非法无序的乱采滥挖在一些矿山及其周边留下了大量的采空区。随着时间的推移，地下水和瓦斯气体充填采空区，一旦挖通就会造成透水、瓦斯爆炸等矿难。由于地下采空区具有隐伏性强、空间分布特征规律性差、采空区顶板冒落塌陷情况难以预测等特点，采空区引起的煤矿灾害屡屡发生，王家岭矿“3.28”特别重大透水事故就是由于挖通采空区导致巷道被淹。因此，如何勘查地下采空区的分布范围、空间形态特征，一直是工程技术领域的难题。
[0003]当前，地下采空区的常用探测方法主要有三维地震法、高密度电法和瞬变电磁法。三维地震法是建立在反射地震理论基础之上，主要研究水平连续地层，不适合复杂、地质结构横向变化大的山区。在山区三维地震法难于获得清楚的地质图像，更难于判断采空区的位置。高密度电法和瞬变电磁法对于有填充的低阻采空区反应灵敏，但是对于未填充的高阻采空区极不敏感，对于这种采空区往往被漏报。
【发明内容】
[0004]针对现有技术的不足，本发明提出一种不明采空区探测装置与方法。一种不明采空区探测装置包括主控机、若干个超声波检波器、若干个机械震源。主控机与超声波检波器之间通过线缆连接或无线通信连接，若干个超声波检波器和若干个机械震源布设在待探测区域的一水平线上。
[0005]—种不明采空区探测方法的具体步骤如下:
[0006]步骤1、在待探测区域内沿一水平线依次间隔布设若干个超声波检波器和若干个机械震源，超声波检波器之间间隔的距离不大于地震波波长的1/4，布设超声波检波器总排列长度不小于地震波波长；
[0007]步骤2、利用超声波检波器采集地下震动信息，并发送至主控机；
[0008]步骤3、主控机对超声波检波器采集的地下震动信息进行数字化和预处理，预处理包括去除噪声、延时校正、数据增益处理；
[0009]步骤4、滤除地下震动信息中的杂波，得到地下采空区和岩溶的散射波和反射波，计算得到散射波和反射波的能量分布谱；
[0010]步骤5、对散射波和反射波进行波速扫描，递进改变波速计算叠加能量，当叠加能量取取极值时对应的波速为最佳波速，确定待探测区域不同地段不同深度的最佳波速分布谱；
[0011]步骤6、利用散射波和反射波的能量分布谱和最佳波速分布谱进行合成孔径偏移成像，根据偏移叠加后的图像来识别地下采空区和岩溶，若速度低，则代表岩石强度低、岩石破碎程度高，该区域为采空区或者岩溶区；若速度高，则代表岩石强度高、岩石坚硬、完整度好。
[0012]有益效果:
[0013]本发明建立在散射理论基础上，散射波可以有效的发现孤立的溶洞和采空区，该方法不仅适合大的连续界面，也适合于横向剧烈变化的场合。
【附图说明】
[0014]图1为本发明第一实施例的一种不明采空区探测方法流程图；
[0015]图2为本发明第二实施例的一种不明采空区探测方法流程图。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图对本发明【具体实施方式】做详细说明。
[0017]实施例一、一种不明采空区探测装置包括主控机、若干个超声波检波器、若干个机械震源。主控机与超声波检波器之间通过线缆连接或无线通信连接，若干个超声波检波器和若干个机械震源布设在待探测区域的一水平线上，主控机通道数量在24道以内。
[0018]—种不明采空区探测方法具体步骤如下，如图1所示:
[0019]步骤1、在待探测区域内沿一水平线依次间隔布设若干个超声波检波器和若干个机械震源，每隔一个超声波检波器就布设一个机械震源，若机械震源激发的地震波波长为λ，超声波检波器之间间隔的距离不大于地震波波长λ的1/4，布设超声波检波器总排列长度不小于地震波波长λ;
[0020]步骤2、利用超声波检波器采集地下震动信息，并发送至主控机；
[0021]步骤3、主控机对超声波检波器采集的地下震动信息进行数字化和预处理，预处理包括去除噪声、延时校正、数据增益处理；
[0022]步骤4、滤除地下震动信息中的杂波，得到地下采空区和岩溶的散射波和反射波，计算得到散射波和反射波的能量分布谱；
[0023]步骤5、对散射波和反射波进行波速扫描，递进改变波速计算叠加能量，当叠加能量取取极值时对应的波速为最佳波速，确定待探测区域不同地段不同深度的最佳波速分布谱；
[0024]步骤6、利用散射波和反射波的能量分布谱和最佳波速分布谱进行合成孔径偏移成像，根据偏移叠加后的图像来识别地下采空区和岩溶，若速度低，则代表岩石强度低、岩石破碎程度高，该区域为采空区或者岩溶区；若速度高，则代表岩石强度高、岩石坚硬、完整度好。
[0025]实施例二、一种不明采空区探测装置包括主控机、若干个超声波检波器、若干个机械震源。主控机与超声波检波器之间通过线缆连接或无线通信连接，若干个超声波检波器和若干个机械震源布设在待探测区域的一水平线上，主控机通道数量在32道以上。
[0026]—种不明采空区探测方法具体步骤如下，如图2所示:
[0027]步骤1、在待探测区域内沿一水平线依次间隔布设若干个超声波检波器，在首尾超声波检波器位置布设2个机械震源，或者在待探测区域内沿一水平线依次间隔布设若干个超声波检波器和I个机械震源，若机械震源激发的地震波波长为λ，超声波检波器之间间隔的距离不大于地震波波长λ的1/4，布设超声波检波器总排列长度不小于地震波波长λ;
[0028]步骤2、利用超声波检波器采集地下震动信息，并发送至主控机；
[0029]步骤3、主控机对超声波检波器采集的地下震动信息进行数字化和预处理，预处理包括去除噪声、延时校正、数据增益处理；
[0030]步骤4、滤除地下震动信息中的杂波，得到地下采空区和岩溶的散射波和反射波，计算得到散射波和反射波的能量分布谱；
[0031 ]步骤5、对散射波和反射波进行波速扫描，递进改变波速计算叠加能量，当叠加能量取取极值时对应的波速为最佳波速，确定待探测区域不同地段不同深度的最佳波速分布谱；
[0032]步骤6、利用散射波和反射波的能量分布谱和最佳波速分布谱进行合成孔径偏移成像，根据偏移叠加后的图像来识别地下采空区和岩溶，若速度低，则代表岩石强度低、岩石破碎程度高，该区域为采空区或者岩溶区；若速度高，则代表岩石强度高、岩石坚硬、完整度好。
【主权项】
1.一种不明采空区探测装置，其特征在于:包括主控机、若干个超声波检波器、若干个机械震源，主控机与超声波检波器之间通过线缆连接或无线通信连接，若干个超声波检波器和若干个机械震源布设在待探测区域的一水平线上。2.采用权利要求1所述的不明采空区探测装置进行不明采空区探测的方法，其特征在于:具体步骤如下: 步骤1、在待探测区域内沿一水平线依次间隔布设若干个超声波检波器和若干个机械震源，超声波检波器之间间隔的距离不大于地震波波长的1/4，布设超声波检波器总排列长度不小于地震波波长； 步骤2、利用超声波检波器采集地下震动信息，并发送至主控机； 步骤3、主控机对超声波检波器采集的地下震动信息进行数字化和预处理，预处理包括去除噪声、延时校正、数据增益处理； 步骤4、滤除地下震动信息中的杂波，得到地下采空区和岩溶的散射波和反射波，计算得到散射波和反射波的能量分布谱；步骤5、对散射波和反射波进行波速扫描，递进改变波速计算叠加能量，当叠加能量取极值时对应的波速为最佳波速，确定待探测区域不同地段不同深度的最佳波速分布谱；步骤6、利用散射波和反射波的能量分布谱和最佳波速分布谱进行合成孔径偏移成像，根据偏移叠加后的图像来识别地下采空区和岩溶，若速度低，则代表岩石强度低、岩石破碎程度高，该区域为采空区或者岩溶区;若速度高，则代表岩石强度高、岩石坚硬、完整度好。
【专利摘要】一种不明采空区探测装置与方法，属于矿井探测领域。该装置包括主控机、若干个超声波检波器、若干个机械震源，主控机与超声波检波器之间通过线缆连接或无线通信连接，超声波检波器和机械震源布设在待探测区域的一水平线上。在待探测区域内布设超声波检波器和机械震源采集地下震动信息，主控机对地下震动信息进行数字化、预处理，并滤除杂波，计算得到散射波和反射波的能量分布谱，确定待探测区域不同地段不同深度的最佳波速分布谱，利用散射波和反射波的能量分布谱和最佳波速分布谱进行合成孔径偏移成像，根据偏移叠加后的图像来识别地下采空区和岩溶。本发明可以有效的发现采空区，不仅适合大的连续界面，也适合于横向剧烈变化的场合。
【IPC分类】G01V1/30, G01V1/00
【公开号】CN105589094
【申请号】CN201510945620
【发明人】张大明, 张立新, 李刚, 乔宁, 秦洪岩, 李洋, 郭超
【申请人】辽宁工程技术大学
【公开日】2016年5月18日
【申请日】2015年12月16日