CN111399030A - 一种矿井巷道槽波分布式超前探测***和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明属于煤田地质勘探中矿用仪器探测技术领域，公开了一种矿井巷道槽波分布式超前探测***和方法，***包括主机、震源激发器、三个采集站和三个检波器；所述震源激发器用于产生震源信号，所述三个检波器分别布置在巷道迎头正前方、巷道左侧帮和巷道右侧帮位置，并且呈正三角形布置，用于接收所述震源激发器发出的震源信号；所述三个检波器的信号输出端通过数据传输线分别连接一个采集站；所述三个采集站依次连接后与所述主机连接，用于将检波器发送的地震信号转化为数字信号后发送给主机。本发明可以探测巷道前方异常的走向及位置，实现了超前探测100m。
Description
技术领域
本发明属于煤田地质勘探中矿用仪器探测技术领域，具体涉及一种矿井巷道槽波分布式超前探测***和方法。
背景技术
巷道掘进过程中，常因无计划揭露断层、陷落柱、破碎带等地质异常体，造成瓦斯突出、巷道废弃等情况。在众多构造探测设备中，震法探测构造是相对准确的，但准确率也难以突破50%，目前的探测仪器在方法和设备上均存在缺陷，如隧道TSP探测方法在井下使用时，由于煤壁存在松动圈，检波器探测效果较差，未能准确探测出构造位置；其它地震仪也存在类似问题，有的施工耗时费力，有的笨重携带不便。
发明内容
为了提高煤矿开采超前探测的准确性，本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种矿井巷道槽波分布式超前探测***和方法。
为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种矿井巷道槽波分布式超前探测***，包括主机、震源激发器、三个采集站和三个检波器；所述震源激发器用于产生震源信号，所述三个检波器分别布置在航道迎头正前方、巷道左侧帮和巷道右侧帮位置，并且呈正三角形布置，用于接收所述震源激发器发出的震源信号；所述三个检波器的信号输出端通过数据传输线分别连接一个采集站；所述三个采集站依次连接后与所述主机连接，用于将检波器发送的地震信号转化为数字信号后发送给主机，所述主机用于接收并保存所述三个检波器发送的检测信号。
所述震源激发器为激发锤。
所述三个检波器均为胶囊式检波器。
所述胶囊式检波器包括检波器本体、密封卡环、胶囊外套、橡胶管、信号传输接口和充气阀门，所述检波器本体的外壳为一端开口的胶囊内衬，所述胶囊外套为橡胶材料制成，其呈圆筒式设置在套胶囊内衬外侧，并通过两个位于胶囊内衬两端的密封卡环与所述胶囊内衬固定连接；胶囊内衬上设置有位于所述两个密封卡环之间的通气孔；橡胶管的一端通过螺母与胶囊内衬的开口端密封连接，另一端设置有充气阀门；所述检波器本体内的信号线从胶囊内衬的开口端引出，并通过所述橡胶管后与所述信号传输接口电连接。
另一方面，本发明还提供了所述的一种矿井巷道槽波分布式超前探测***的探测方法，包括以下步骤：
S1、分别在三个检波器对应的安装位置的煤壁上打2m深孔，穿过煤壁松动圈，将检波器安放于孔中，通过对胶囊充气使检波器与煤壁耦合完好；
S2、将检波器与采集站连接，采集站与主机连接好；
S3、在不同的激发点通过锤击方式进行激发，通过主机采集三个检测器发送的数据；
S4、通过采用三点定位法确定异常地质构造所在位置。
所述步骤S3中，激发点位于巷道左侧帮、巷道右侧帮和巷道迎头的不同位置。
本发明与现有技术相比具有以下有益效果：本发明提供了一种矿井巷道槽波分布式超前探测***和方法，***包括主机、采集站、检波器、数据传输线和震源激发器，通过采用胶囊式速度传感器作为检波器，并利用正三角形三点式观测方式，根据巷道宽度，在迎头中间布置一检波器，通过计算在巷道两帮适当距离各布置一个检波器，每一次震源产生时，三个检波器从不同的方向和位置采集数据，此外，检波器为胶囊式检波器，其与孔壁耦合效果好，可以提高检测的精度；通过后期反演可确定巷道前方异常的走向及位置，实现了超前探测100m。
附图说明
图1为本发明实施例提供的一种矿井巷道槽波分布式超前探测***的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的一种矿井巷道槽波分布式超前探测方法中检波器的布置示意图；
图3为本发明实施例中检波器的结构示意图。
图中：1为胶囊内衬，2为密封卡环，3为胶囊外套，4为检波器，5为橡胶管，6为信号传输接口，7为充气阀门，8为连接螺母，9为锁紧螺母，10为压力表，11为动圈式传感器，12为信号转换电路板，13为采集站，14为主机，15为激发锤，16为数据传输线，17为激发点，18为检波器安装点。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例；基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1所示，本发明实施例提供了一种矿井巷道槽波分布式超前探测***，包括主机14、震源激发器15、三个采集站13和三个检波器4；所述震源激发器用于产生震源信号，如图2所示，所述三个检波器分别布置在航道迎头正前方、巷道左侧帮和巷道右侧帮位置，即检波器安装点18的位置，并且呈正三角形布置，检波器用于接收所述震源激发器发出的震源信号；所述三个检波器的信号输出端通过数据传输线分别连接一个采集站；所述三个采集站依次连接后与所述主机连接，用于将检波器发送的地震信号转化为数字信号后发送给主机，所述主机用于接收并保存所述三个检波器发送的检测信号。
本实施例中，现场施工采用正三角形三点式观测方式，根据巷道宽度，在迎头中间布置一检波器，通过计算在巷道两帮适当距离各布置一个检波器，每一次震源产生时，三个检波器从不同的方向和位置采集数据，通过后期反演可确定巷道前方异常的走向及位置。主机中安装有采集软件，是整个***中的控制中心，现场可直判别接收到数据的好坏。主机的作用主要是存储信号、现场检测设备的运行状态、判断采集数据质量，其具体可以为各种型号的矿用地震仪，采集站的作用主要是把检波器采集到的地震信号记录为电信号，再把电信号转化为数字模拟信号；数据线传输线就是用来传输激发信号和采集到的信号。
本发明中，震源激发器可采用炮击和锤击两种方式，可根据现场需求选用，炮击震源能量强，探测距离远，但现场协调困难，近距离噪声大，影响施工；锤击探测距离近，近距离效果好，施工便捷，因此，本实施例中，所述震源激发器选用激发锤。
进一步地，本实施例中，所述三个检波器均为胶囊式检波器。如图3所示，所述胶囊式检波器包括检波器本体、密封卡环2、胶囊外套3、橡胶管5、信号传输接口6和充气阀门7，所述检波器本体的外壳为一端开口的胶囊内衬1，所述胶囊外套3为橡胶材料制成，其呈圆筒式设置在套胶囊内衬1外侧，并通过两个位于胶囊内衬1两端的密封卡环2与所述胶囊内衬1固定连接；胶囊内衬1上设置有位于所述两个密封卡环2之间的通气孔；橡胶管5的一端通过螺母与胶囊内衬1的开口端密封连接，另一端设置有充气阀门7；所述检波器本体内的信号线从胶囊内衬1的开口端引出，并通过所述橡胶管5后与所述信号传输接口6电连接。
进一步地，本实施例中，采集站和检波器的数量可以根据需求进行增加，不受距离和接口的限制。
此外，本发明实施例还提供了一种矿井巷道槽波分布式超前探测***的探测方法，包括以下步骤：
S1、分别在三个检波器对应的安装位置的煤壁上打2m深孔，穿过煤壁松动圈，将检波器安放于孔中，通过对胶囊充气使检波器与煤壁耦合完好；
具体地，胶囊式检波器的安装方法为：利用橡胶管5将检波器推放置在煤岩孔中，通过调节充气阀门7的方向可以确认检波器的方向，使其安装到位。然后，通过充气阀门7对检波器进行充气，气流通过橡胶管进入胶囊内衬与胶囊外套之间，胶囊外套具有耐磨性和弹性，在充气压力的作用下发生膨胀，起到与孔壁耦合充分效果。取出时通过对充气阀门7对胶囊进行放气，以便于取出检波器。
S2、将检波器与采集站连接，采集站与主机连接好；
S3、在不同的激发点通过锤击方式进行激发，通过主机采集三个检测器发送的数据。其中，如图2所示，本实施例中，激发点位于巷道左侧帮、巷道右侧帮和巷道迎头的不同位置，通过在不同激发点进行激发，可以得到多组三点式采集数据，有利于反演得到异常地质点。
S4、通过采用三点定位法确定异常地质构造所在位置。
具体地，本实施例中，三点定位法确定异常地质位置的具体方法为：
（1）判断是否存在异常：若前方存在异常则三个检波器采集到信号应该同时有反映，且偏差不大；
（2）判断异常走向：以激发点S1为例，通过采集到的信号可以确定从激发点到检波器的时间，根据震波传播速度可求出传输距离；同一激发点下，分别以不同检波器为圆心，以接收到的信号距离为半径画圆，不同圆的交点S1’为激发点S1关于异常的对称点，连接激发点S1与交点 S1’，作它们的中垂线，就是断层（异常）走向。
（3）三点定位：根据不同检波器检测到的信号情况可以确定多个异常点位置，将异常点连起来就是探测范围异常的位置及走向。本发明实施例中，检波器按正三角形布置，不仅可以使施工更加方便，而且通过三点定位法反演计算范围异常的位置及走向也更为简单和方便。
综上所述，本发明提供了一种矿井巷道槽波分布式超前探测***及其探测方法，该***组成采用了优质材料组成，采用了胶囊式检波器，解决了煤壁松动圈的干扰，同时考虑了现场的实用性、便捷性和轻便性等众多的情形。此外，***中的检波器采用正三角形观测***从不同方位采集数据，采用三点定位，实现了区分地质异常的分布范围及走向。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。
Claims (6)
1.一种矿井巷道槽波分布式超前探测***，其特征在于，包括主机、震源激发器、三个采集站和三个检波器；所述震源激发器用于产生震源信号，所述三个检波器分别布置在航道迎头正前方、巷道左侧帮和巷道右侧帮位置，并且呈正三角形布置，用于接收所述震源激发器发出的震源信号；所述三个检波器的信号输出端通过数据传输线分别连接一个采集站；所述三个采集站依次连接后与所述主机连接，用于将检波器发送的地震信号转化为数字信号后发送给主机，所述主机用于接收并保存所述三个检波器发送的检测信号。
2.根据权利要求1所述的一种矿井巷道槽波分布式超前探测***，其特征在于，所述震源激发器为激发锤。
3.根据权利要求1所述的一种矿井巷道槽波分布式超前探测***，其特征在于，所述三个检波器均为胶囊式检波器。
4.根据权利要求3所述的一种矿井巷道槽波分布式超前探测***，其特征在于，所述胶囊式检波器包括检波器本体、密封卡环（2）、胶囊外套（3）、橡胶管（5）、信号传输接口（6）和充气阀门（7），所述检波器本体的外壳为一端开口的胶囊内衬（1），所述胶囊外套（3）为橡胶材料制成，其呈圆筒式设置在套胶囊内衬（1）外侧，并通过两个位于胶囊内衬（1）两端的密封卡环（2）与所述胶囊内衬（1）固定连接；胶囊内衬（1）上设置有位于所述两个密封卡环（2）之间的通气孔；橡胶管（5）的一端通过螺母与胶囊内衬（1）的开口端密封连接，另一端设置有充气阀门（7）；所述检波器本体内的信号线从胶囊内衬（1）的开口端引出，并通过所述橡胶管（5）后与所述信号传输接口（6）电连接。
5.根据权利要求4所述的一种矿井巷道槽波分布式超前探测***的探测方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、分别在三个检波器对应的安装位置的煤壁上打2m深孔，穿过煤壁松动圈，将检波器安放于孔中，通过对胶囊充气使检波器与煤壁耦合完好；
S2、将检波器与采集站连接，采集站与主机连接好；
S3、在不同的激发点通过锤击方式进行激发，通过主机采集三个检测器发送的数据；
S4、通过采用三点定位法确定异常地质构造所在位置。
6.根据权利要求5所述的一种矿井巷道槽波分布式超前探测***的探测方法，其特征在于，所述步骤S3中，激发点位于巷道左侧帮、巷道右侧帮和巷道迎头的不同位置。
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20200710 |