專利名稱：巷道超前探測數據的多參數空間成圖法的制作方法
技術領域：
本發明屬于物探領域中的數據處理方法，特別涉及一種巷道超前探測數據的多參數空間成圖法。
背景技術：
巷道多維超前探測的目的就是探明探測控制范圍內是否存在突水隱患，為巷道掘進安全及做好防治水工作提供物探技術依據。實際探測過程中除需要準確圈定異常的位置、形態和范圍外，還需要對異常性質做出較為明確的地質分析與判斷。通常對探測數據的處理是將數據按照現有處理方法生成平面圖，如生成視電阻率等值線平面圖等，按照此等值線平面圖對異常情況進行分析定位和定性。但是此種方法所用的分析參數單一，能夠提供的異常的信息比較少。而且由于該分析參數系地面半空間物探環境直接引入井下全空間物探環境，其適用性、針對性、有效性均存在一些不足。最突出的兩個問題是煤礦井下低阻環境中含水異常低阻特征不明顯以及巷道近端(淺部)低阻屏蔽問題。因此，探索、研究新的適合煤礦井下環境條件的分析參數及資料解釋技術，對提高巷道超前探測技術效果具有十分重要的理論意義和現實意義。申請號為201110095155. 4的發明專利《巷道多方位超前探測方法》公開了一種用于巷道掘進時對巷道迎頭前方及周邊的含水體或其他不良地質體進行探測的方法，本發明將常規超前探測的“一維探測”拓展為“多維探測”和“空間探測”，可最大限度地查明巷道掘進波及范圍內隱伏突水隱患情況，為掘進安全提供物探技術依據，令巷道迎頭超前探測的探測范圍、探測距離、工作效率得到大幅提升。
發明內容
本發明要解決的技術問題是提供一種能夠從多方位反映巷道前方地質條件、提高巷道超前探測精度的巷道超前探測數據的多參數空間成圖法。為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案為一種巷道超前探測數據的多參數空間成圖法，包括如下步驟
一、確定測量用三維立體坐標軸，首先在巷道空間內確定所述三維立體坐標軸的原點， 以過原點且垂直于所述巷道迎頭平面的水平橫向直線為X軸，以過原點且垂直于X軸、平行于巷道迎頭平面的水平縱向直線為Y軸，以過原點且垂直于所述XY平面的直線為Z軸；以所述X軸和Y軸組成的XY平面為仰俯角的零度角平面，以所述X軸和ζ軸組成的XL平面為水平方位角的零度角平面；執行下述第二步；
二、以所述三維立體坐標軸的原點為基準點，放置測量裝置，調整測量裝置進行探測， 得到水平斜切圖或垂直斜剖圖，具體做法為
當需要得到水平斜切圖時，具體做法為確定一個仰俯角α，過Y軸做與XY平面呈夾角為α的仰俯角平面，然后，過ζ軸做兩個與)(Ζ平面夾角為^和β 2的水平方位角平面， 所述仰俯角為α仰俯角平面上被這兩個水平方位角平面所限制的部分稱為水平斜切圖；當需要得到垂直斜剖圖時，具體做法為確定一個水平方位角θ，過Z軸做與)(Ζ平面呈夾角為θ的水平方位角平面，然后，過Y軸做兩個與XY平面呈夾角為1和η2的仰俯角平面，所述水平方位角為θ的水平方位角平面被這兩個仰俯角平面所限制的部分稱為垂直斜剖將得到的水平斜切圖或垂直斜剖圖以視電阻率辟、視電阻率對數&和富水系數聲中的一個或兩個或三個為參數生成相應的視電阻率A等值線平面圖、視電阻率對數t等值線平面圖、富水系數為等值線平面圖；所述視電阻率對數&與視電阻車T ζ間的關系為 ds=\ogPs ；在與水平斜切圖相對應的視電阻率鋒等值線平面圖中任意一個水平方位角所對應的測量直線上，或在與垂直斜剖圖相對應的視電阻率A等值線平面圖中任意一個仰俯角所對應的測量直線上，取N個視電阻率Al Ci = IL ,N)，所述富水系數Jfei與視電阻
/ΛΓ
率 之間的關系為/ = Psi f X Psi ； PsI/ iJ
當需要得到平剖圖時，執行下屬第三步；否則，執行下述第四步；
三、得到平剖圖的具體做法為首先，按照上述第二步中所述，得到由三個以上水平斜切圖或垂直斜剖圖組成的水平斜切圖組或垂直斜剖圖組；然后，根據需要執行下述A步或B
止
少
A、在Z軸上確定一個坐標點，過此坐標點做垂直于Z軸的平面，此平面與所述水平斜切圖組或垂直斜剖圖組相交得到的平面稱為平剖圖；將平剖圖以視電阻率A、視電阻率對數 和富水系數聲中的一個或兩個或三個為參數生成相應的視電阻率辟等值線平面圖、視電阻率對數 等值線平面圖、富水系數身等值線平面圖；執行下述第四步；
B、將水平斜切圖組或垂直斜剖圖組以視電阻率鋒、視電阻率對數&和富水系數聲中的一個或兩個或三個為參數生成相應的視電阻率評等值線平面圖組、視電阻率對數 等值線平面圖組、富水系數身等值線平面圖組；在上述等值線平面圖組中，按照上述第A步中得到平剖圖的方法，得到視電阻率.◎等值線平面圖、視電阻率對數 等值線平面圖、富水系數聲等值線平面圖的平剖圖；執行下述第四步；
四、將上述步驟中得到的水平斜切圖、垂直斜剖圖、平剖圖所對應的視電阻率等值線平面圖、視電阻率對數i等值線平面圖、富水系數/ 等值線平面圖綜合分析。所述三維立體坐標軸以巷道迎頭平面的中心點或巷道迎頭平面底邊的中點作為原點。采用上述技術方案取得的技術進步為該方法可從多角度、多側面反映探測區域的地質情況，最大限度地提取有效信息；本發明可準確刻畫物探異常的空間位置、形態，并對異常性質，如是老空水，還是導水斷層、含水陷落柱等含水類型進行準確定性，在確保探測結果的唯一性方面意義重大；采用本發明提出的視電阻率對數(ds )、富水系數(聲)等新的分析參數，可有效解決常規視電阻率單一參數、在井下低阻環境中含水異常導致低阻特征不突出以及巷道近端(淺部)低阻屏蔽的弊端；采用本發明提出的多種分析參數，繪制巷道迎頭超前探測多參數對比解釋圖，可以從不同側面、不同角度互相驗證、互為補充，對物探異常的可靠性、真實性進行準確分析、界定，可最大限度地減少井下物探工作的虛報、 誤報，為巷道掘進安全提供科學、有效的物探技術依據，杜絕和減少掘進突水事故的發生。
圖1為實施例1中仰俯角為-15°，水平方位角為左60° 右75°的水平斜切圖對應的視電阻率A等值線平面圖2為與圖1相對應的富水系數為等值線平面圖； 圖3為與圖1相對應的視電阻率對數 等值線平面圖4為實施例1中水平方位角為0°，仰俯角為+10° -45°的垂直斜剖圖對應的視電阻率對數論等值線平面圖5為實施例2中仰俯角為+45°，水平方位角為0° 左的水平斜切圖對應的視電阻率對數&等值線平面圖6為實施例2中水平方位角為左11°，仰俯角為+35° +65°的垂直斜剖圖對應的視電阻率對數 等值線平面圖 為實施例2中過頂板45m高度平面所做的平剖圖相對應的視電阻率對數&等值線平面圖。
具體實施例方式實施例1
利用巷道超前探測數據的多參數空間成圖法，對開溧集團范各莊礦井下巷道迎頭進行多方位超前探測，包括如下步驟
一、首先確定測量用三維立體坐標軸，所述三維立體坐標軸以距離巷道迎頭平面5米且與迎頭平面底邊的中心點同處于X軸的點為原點，以過原點且垂直于所述巷道迎頭平面的水平橫向直線為X軸，以過原點且垂直于X軸、平行于巷道迎頭平面的水平縱向直線為Y 軸，以過原點且垂直于所述XY平面的直線為Z軸；以所述X軸和Y軸組成的XY平面為仰俯角的零度角平面，以所述X軸和ζ軸組成的XL平面為水平方位角的零度角平面；
二、以所述三維立體坐標軸的原點為基準點，放置測量裝置，按照巷道多方位超前探測方法(申請號201110095155. 4)，調整測量裝置進行探測，得到水平斜切圖，具體做法為 確定一個仰俯角α，將仰俯角定為-15°，過Y軸做與XY平面呈夾角為-15°的仰俯角平面，此時仰俯角平面位于XY平面的下方；然后，過Z軸做兩個與)(Ζ平面夾角為左60°和右 75°的水平方位角平面，所述仰俯角為-15°仰俯角平面上被這兩個水平方位角平面所限制的部分即為仰俯角為-15°、水平方位角為-75° +60°水平斜切圖；將所述水平斜切圖以視電阻率辟、富水系數為和視電阻率對數Λ為參數生成相應的視電阻車τ等值線平面圖、富水系數為等值線平面圖和視電阻率對數 等值線平面圖，如圖1至圖3所示；
按照上述做法得到垂直斜剖圖確定一個水平方位角θ，將水平方位角定為0°，過Z 軸做與TL平面呈夾角為0°的水平方位角平面，即此時的水平方位角平面即為TL平面；然后，過Y軸做兩個與XY平面呈夾角為-45° (位于XY平面下方)和+10° (位于XY平面上方)的仰俯角平面，此時)(Z平面被這兩個仰俯角平面所限制的部分即為仰俯角為0°、水平方位角為-45° +10°的垂直斜剖圖，將所述垂直斜剖圖以視電阻率對數 為參數生成相應的視電阻率對數&等值線平面圖，如圖4所示；
四、將上述得到的圖1至圖4結合起來，對巷道迎頭前方的異常情況進行綜合分析。通過上述可知，對于開溧集團范各莊礦井下巷道迎頭多方位超前探測成果，對同一套數據采用多個參數的解釋曲線圖進行對比來分析巷道迎頭前方的異常情況。圖1為仰俯角為-15°、水平方位角為-60° +75°的水平斜切圖對應的視電阻率A等值線平面圖，圖2為與圖1相對應的富水系數為等值線平面圖，圖3為與圖1相對應的視電阻率對數 等值線平面圖，圖4為水平方位角為0°、仰俯角為+10° -45°的垂直斜剖圖對應的視電阻率對數Λ等值線平面圖。圖1為國內外普遍采用的是常規參數一視電阻率A ,圖中低阻異常區范圍大、含水異常形態很難確定，視電阻本’參數顯示的技術效果不明顯；圖2為圖1相對應的富水系數/s等值線平面圖，技術效果略好于圖1 ；圖3為本專利提出的與圖1相對應的視電阻率對數 等值線平面圖，從圖3中可以很清楚的觀察到該探測區域中的異常為一條帶狀低阻區。為了更好地了解此帶狀低阻區的詳細情況，又得到圖4，即仰角為+10° -45°、水平方位角為0°的垂直斜剖圖對應的視電阻率對數 等值線平面圖，綜合圖3、圖4可以斷定該帶狀低阻區為一條導水斷層。后來，礦方根據探測結果，及時修改設計，提前拐切眼，避免了一起掘進突水事故。同樣情況，針對不同環境條件、不同生產問題，采用多參數對比分析法，從中選擇最有效參數及參數組合進行解釋，可大大提高解釋的準確性和探測結果的唯一性，為生產安全提供科學、有效的技術依據。實施例2
對吉煤集團西安礦井下小窯積水采空區采用巷道超前探測數據的多參數空間成圖法進行探測，包括如下步驟
一、以實施例1中的第一步相同，確定測量用三維立體坐標軸的操作，此時三維立體坐標軸以距離巷道迎頭平面4米且與迎頭平面底邊的中心點同處于X軸的點為原點；
二、以第一步三維立體坐標軸的原點為基準點，放置測量裝置，調整所述測量裝置，按照巷道多方位超前探測方法(申請號201110095155. 4)進行探測得到水平斜切圖首先確定一個仰俯角α，將仰俯角α定為+45°，過Y軸做與XY平面呈夾角為+45°的仰俯角平面，此平面位于XY平面的上方；將兩個水平方位角的范圍定為0° 左，過Z軸，做兩個與)(Ζ平面呈夾角為0°和左的水平方位角平面，所述仰俯角為+45°的仰俯角平面被這兩個水平方位角平面所限制的部分即為仰俯角為+45°、水平方位角為0° 左的水平斜切按照下述做法得到垂直斜剖圖確定水平方位角θ，將水平方位角定為左11°，過Z 軸做與)(Ζ平面呈夾角為11°的水平方位角平面，將仰俯角的輻射范圍定為+35° +65°， 過Y軸做兩個與XY平面呈夾角為+35° +65°的仰俯角平面，這兩個仰俯角平面將夾角為11°的水平方位角平面限制的部分即為水平方位角為左11°、仰俯角為+35° +65°的垂直斜剖將所述水平斜切圖和垂直斜剖圖以視電阻率對數&為參數得到視電阻率對數A等值線平面圖，如圖5和圖6所示；
三、按照上述第二步中的方法，變換仰俯角，得到仰俯角為+35°、+45°、+55°、+65° 的水平斜切組；將所述水平斜切圖組以視電阻率對數 為參數生成相應的視電阻率對數^等值線平面圖組；在Z軸上確定一個坐標點，此坐標點距離巷道頂板的高度為45 米，過此坐標點做垂直于Z軸的平面，此平面與所述視電阻率對數 等值線平面圖組相交得到的平面稱為平剖圖相對應的視電阻率對數 等值線平面圖，如圖7所示；
四、將上述步驟中得到的水平斜切圖、垂直斜剖圖和平剖圖所對應的視電阻率對數& 等值線平面圖綜合分析。圖5為實施例2中仰俯角為+45°、水平方位角為0° 左的水平斜切圖對應的視電阻率對數 等值線平面圖，圖6為水平方位角為左11°、仰俯角為+35° +65°的垂直斜剖圖相對應的視電阻率對數論等值線平面圖。由于這兩個圖與小窯井底車場空間上呈斜切關系，小窯巷道主要集中在施工巷道上方45m高度的水平面上，因此，兩種解釋圖對小窯積水區的描述誤差較大，低阻區遠大于實際積水范圍，很難實現對小窯積水空區大小、位置、范圍的準確刻畫。圖7為得到一組水平斜切圖組之后，在過頂板45m高度，從水平斜切圖組上得到的平剖圖對應的視電阻率對數 等值線平面圖，從空間上理解，該圖直接切過小窯巷道平面，對小窯積水區范圍及位置的描述十分精準，從而為礦方疏放老空水提供了重要技術依據。目前，該成果已為生產揭露所證實。本方法僅以實際測量中較常用的一些方位作為參考規定測量時使用的三維立體坐標軸的CTZ軸，在實際施工過程中，施工人員根據需要自行確定三維坐標軸即可。本發明僅詳細介紹了應用巷道多方位超前探測方法(申請號201110095155. 4)的兩個具體實施例，在實際應用中專業技術人員可根據實際需要使用適宜的探測方法進行。在實際探測過程中，視情況決定需要水平斜切圖、垂直斜剖圖還是水平斜切圖組、 垂直斜剖圖組，根據實際地質條件確認測量用的仰俯角和水平方位角等。本發明僅是給出多參數成圖方法的基本思路，實際使用過程中，根據自行需要靈活使用。
權利要求
1. 一種巷道超前探測數據的多參數空間成圖法，其特征在于包括如下步驟一、確定測量用三維立體坐標軸，首先在巷道空間內確定所述三維立體坐標軸的原點， 以過原點且垂直于所述巷道迎頭平面的水平橫向直線為X軸，以過原點且垂直于X軸、平行于巷道迎頭平面的水平縱向直線為Y軸，以過原點且垂直于所述XY平面的直線為Z軸；以所述X軸和Y軸組成的XY平面為仰俯角的零度角平面，以所述X軸和ζ軸組成的XL平面為水平方位角的零度角平面；執行下述第二步；二、以所述三維立體坐標軸的原點為基準點，放置測量裝置，調整測量裝置進行探測， 得到水平斜切圖或垂直斜剖圖，具體做法為當需要得到水平斜切圖時，具體做法為確定一個仰俯角α，過Y軸做與XY平面呈夾角為α的仰俯角平面，然后，過ζ軸做兩個與)(Ζ平面夾角為^和β 2的水平方位角平面， 所述仰俯角為α仰俯角平面上被這兩個水平方位角平面所限制的部分稱為水平斜切圖； 當需要得到垂直斜剖圖時，具體做法為確定一個水平方位角θ，過Z軸做與)(Ζ平面呈夾角為θ的水平方位角平面，然后，過Y軸做兩個與XY平面呈夾角為1和η2的仰俯角平面，所述水平方位角為θ的水平方位角平面被這兩個仰俯角平面所限制的部分稱為垂直斜剖圖；將得到的水平斜切圖或垂直斜剖圖以視電阻率辟、視電阻率對數rfs和富水系數身中的一個或兩個或三個為參數生成相應的視電阻本T等值線平面圖、視電阻率對數χ等值線平面圖、富水系數為等值線平面圖；所述視電阻率對數 與視電阻率@之間的關系為 & = Iogps ；在與水平斜切圖相對應的視電阻率⑦等值線平面圖中任意一個水平方位角所對應的測量直線上，或在與垂直斜剖圖相對應的視電阻率A等值線平面圖中任意一個仰俯角所對應的測量直線上，取N個視電阻率Al (1 = 1,L，N)，所述富水系數Jfei與視電阻嚴率&之間的關系為
2.根據權利要求1所述的巷道超前探測數據的多參數空間成圖法，其特征在于所述三維立體坐標軸以巷道迎頭平面的中心點或巷道迎頭平面底邊的中點作為原點。
全文摘要
本發明公開了一種巷道超前探測數據的多參數空間成圖法，屬于物探領域中的數據處理方法。本發明利用利用巷道超前探測的方法，得到以水平斜切圖、垂直斜剖圖和平剖圖為依據生成的視電阻率等值線斷面圖、視電阻率對數等值線斷面圖和富水系數等值線斷面圖，結合這不同等值線斷面圖對異常情況綜合分析。該方法可從多角度、多側面反映探測區域的地質情況，最大限度地提取有效信息，對物探異常的可靠性、真實性進行準確分析、界定，可最大限度地減少井下物探工作的虛報、誤報，為巷道掘進安全提供科學、有效的物探技術依據，杜絕和減少掘進突水事故的發生。
文檔編號G01V3/38GK102508311SQ20111038992
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月30日 優先權日2011年11月30日
發明者周杰民, 孫吉益, 崔煥玉, 張根良, 李全明, 李智文, 李玉寶, 杜木民, 武延輝, 王璽瑞, 白登海, 趙廣淼, 趙立松, 郭培鵬 申請人:河北煤炭科學研究院