一種資源采空區的探查裝置及方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于地下探測的技術領域，具體地涉及一種資源采空區的探查裝置及方法。
【背景技術】
[0002]目前，國內外對資源開、抽造成的采空區的探測主要采用地震和電磁兩種技術。地震技術主要是二維和三維反射地震技術；電磁法包括:CSAMT、瞬變電磁、高密度電法、電導率等。地震技術的突出優點是分辨率高、探測深度大、定位準確，是采空區探測的首選方法。電磁方法不適合地層含水率低或缺水地層的采空區探測，其結果存在準確率低和局限性。目前地震方法建立在反射地震理論基礎之上，沒有電磁法應用廣泛，除了工作費用較高因素外，還與地震反射法的局限性有關。
[0003]鉆孔勘探法是一種最為直觀的探測方法，但鉆孔鉆探畢竟是“一孔之見”，控制范圍小的缺點也顯而易見，因此沒有在資源采空區的探查領域使用。
【發明內容】
[0004]本發明的技術解決問題是:克服現有技術的不足，提供一種資源采空區的探查裝置，其操作方便、探查結果可靠，能夠實現資源抽、開采后城市沉陷、礦山塌陷等遺留空區的快速、精準探明。
[0005]本發明的技術解決方案是:這種資源采空區的探查裝置，該裝置包括淺層地震散射裝置、鉆孔數字成像裝置、微處理器；淺層地震散射裝置包括信號采集器和數據處理單元;
[0006]通過信號采集器獲取地震波激勵數據，根據地震散射網格間距和數據
[0007]處理單元獲取的數據布置地震波激勵正交網陣，通過激震獲得地震散
[0008]射剖面數據，采用合成孔徑偏移成像技術，通過微處理器來建立地震
[0009]散射三維正交立體圖，分析地層、斷裂構造和采空區分布；
[0010]根據已構建的地震散射三維正交立體圖設置優化鉆孔點，通過鉆孔數字成像裝置重構采空區三維分布體，分析采空區分布和體積，從而獲得采空區的具體位置及其范圍。
[0011]還提供了一種采用這種資源采空區的探查裝置的方法，包括以下步驟:
[0012](I)選取資源抽、開采嚴重區域，確定地層巖性和水文地質狀況；
[0013](2)根據地層巖性和水文地質狀況，計算地震散射網格間距λ/3，其中λ = V.Τ，λ為波長，V為波速，T為周期；
[0014](3)根據地震散射網格間距和數據處理單元獲取的數據布置地震波激勵正交網陣，通過激震獲得地震散射剖面數據，采用合成孔徑偏移成像技術，通過微處理器來建立地震散射三維正交立體圖，分析地層、斷裂構造和采空區分布；
[0015](4)根據已構建的地震散射三維正交立體圖，確定疑似采空區具體位置和分布情況，設置優化鉆孔點；
[0016](5)根據優化鉆孔點，通過鉆孔數字成像裝置重構采空區三維分布體，分析采空區分布和體積，從而獲得采空區的具體位置及其范圍。
[0017]本發明采用淺層地震散射裝置和鉆孔數字成像裝置，首先確定網陣網格間距，布設若干測線形成地震波激勵正交網陣；通過激震獲得每條測線的地震散射地層剖面數據，生成三維正交立體圖；進而設置優化鉆孔點；接下來利用鉆孔進行數字成像掃描，獲得鉆孔數字圖像及數據結果，得到采空區具體分布和體積等信息；最后，獲取采空區的位置及范圍界定；因此該探查裝置操作方便、探查方法簡單，探查結果可靠，能夠實現資源抽、開采后城市沉陷、礦山塌陷等遺留空區的快速、精準探明。
【附圖說明】
[0018]圖1示出了采用根據本發明的資源采空區的探查裝置的方法的流程圖。
[0019]圖2示出了采用根據本發明的資源采空區的探查裝置的方法的一個具體實施例的示意圖。
【具體實施方式】
[0020]這種資源采空區的探查裝置，該裝置包括淺層地震散射裝置、鉆孔數字成像裝置、微處理器；淺層地震散射裝置包括信號采集器和數據處理單元；
[0021]通過信號采集器獲取地震波激勵數據，根據地震散射網格間距和數據
[0022]處理單元獲取的數據布置地震波激勵正交網陣，通過激震獲得地震散
[0023]射剖面數據，采用合成孔徑偏移成像技術，通過微處理器來建立地震
[0024]散射三維正交立體圖，分析地層、斷裂構造和采空區分布；
[0025]根據已構建的地震散射三維正交立體圖設置優化鉆孔點，通過鉆孔數字成像裝置重構采空區三維分布體，分析采空區分布和體積，從而獲得采空區的具體位置及其范圍。
[0026]另外，所述信號采集器具有24通道，采樣間隔20微秒、采樣長度120K。
[0027]另外，所述鉆孔數字成像裝置包括激光探頭、線纜、定向桿、羅盤和微型計算機；該激光探頭包括激光發射器和激光接收器，測量范圍100m，精度5cm，旋轉速率60° /s。
[0028]如圖1所示，還提供了一種采用這種資源采空區的探查裝置的方法，包括以下步驟:
[0029](I)選取資源抽、開采嚴重區域，確定地層巖性和水文地質狀況；
[0030](2)根據地層巖性和水文地質狀況，計算地震散射網格間距λ /3，其中λ = V.Τ，λ為波長，V為波速，T為周期；
[0031](3)根據地震散射網格間距和數據處理單元獲取的數據布置地震波激勵正交網陣，通過激震獲得地震散射剖面數據，采用合成孔徑偏移成像技術，通過微處理器來建立地震散射三維正交立體圖，分析地層、斷裂構造和采空區分布；
[0032](4)根據已構建的地震散射三維正交立體圖，確定疑似采空區具體位置和分布情況，設置優化鉆孔點；
[0033](5)根據優化鉆孔點，通過鉆孔數字成像裝置重構采空區三維分布體，分析采空區分布和體積，從而獲得采空區的具體位置及其范圍。
[0034]本發明采用淺層地震散射裝置和鉆孔數字成像裝置，首先確定網陣網格間距，布設若干測線形成地震波激勵正交網陣；通過激震獲得每條測線的地震散射地層剖面數據，生成三維正交立體圖；進而設置優化鉆孔點；接下來利用鉆孔進行數字成像掃描，獲得鉆孔數字圖像及數據結果，得到采空區具體分布和體積等信息；最后，獲取采空區的位置及范圍界定；因此該探查裝置操作方便、探查方法簡單，探查結果可靠，能夠實現資源抽、開采后城市沉陷、礦山塌陷等遺留空區的快速、精準探明。
[0035]另外，所述步驟(2)中，V= 2000m/s ?3000m/s，T = 0.002s。
[0036]另外，所述步驟(2)中，網格間距為1.5m。
[0037]另外，所述步驟(4)中，以最大采空區優先鉆探為原則，設置優化鉆孔點。
[0038]如圖2所示，整體實施過程為:淺層地震散射剖面一構建三維正交立體圖一疑似采空區確定一鉆孔數字成像一采空區三維分布體一采空區位置及范圍一提出治理措施。具體實施過程如下:
[0039]1.搜集、分析工程地質及水文地質工作成果，選取資源抽、開采嚴重區域，確定地層巖性和水文地質狀況。
[0040]2.結合采空區巖性分布特征，計算地震散射網格間距(λ = V.T，取λ/3，其中，λ為波長，V為波速，T為周期，砂、泥巖波速取V = 2000m/s?3000m/s，周期T取0.002s，網格間距取1.5m)。
[0041]3.布置地震波激勵網陣，根據不同地震散射剖面數據，采用合成孔徑偏移成像技術，建立地震散射三維正交立體圖，分析地層、斷裂構造和采空區分布。
[0042]4.根據已構建地震散射三維正交立體圖，確定疑似采空區具體位置和分布情況，以最大采空區優先鉆探為原則，優化鉆孔點設置。
[0043]5.根據優化鉆孔點設置方案，利用鉆孔數字成像技術，重構采空區三維分布體，分析采空區分布和體積等信息，查明采空區的具體位置及其范圍。
[0044]6.形成基于淺層地震散射與鉆孔數字成像相結合的空區探測技術和范圍界定方法，提出空區精細、快速探測和范圍界定技術方案。
[0045]以上所述，僅是本發明的較佳實施例，并非對本發明作任何形式上的限制，凡是依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬本發明技術方案的保護范圍。
【主權項】
1.一種資源采空區的探查裝置，其特征在于:該裝置包括淺層地震散射裝置、鉆孔數字成像裝置、微處理器；淺層地震散射裝置包括信號采集器和數據處理單元； 通過信號采集器獲取地震波激勵數據，根據地震散射網格間距和數據處理單元獲取的數據布置地震波激勵正交網陣，通過激震獲得地震散射剖面數據，采用合成孔徑偏移成像技術，通過微處理器來建立地震散射三維正交立體圖，分析地層、斷裂構造和采空區分布； 根據已構建的地震散射三維正交立體圖設置優化鉆孔點，通過鉆孔數字成像裝置重構采空區三維分布體，分析采空區分布和體積，從而獲得采空區的具體位置及其范圍。
2.根據權利要求1所述的資源采空區的探查裝置，其特征在于:所述信號采集器具有24通道，采樣間隔20微秒、采樣長度120K。
3.根據權利要求1所述的資源采空區的探查裝置，其特征在于:所述鉆孔數字成像裝置包括激光探頭、線纜、定向桿、羅盤和微型計算機；該激光探頭包括激光發射器和激光接收器，測量范圍100m，精度5cm，旋轉速率60° /s。
4.一種采用根據權利要求1所述的資源采空區的探查裝置的方法，其特征在于:包括以下步驟: (1)選取資源抽、開采嚴重區域，確定地層巖性和水文地質狀況； (2)根據地層巖性和水文地質狀況，計算地震散射網格間距λ/3，其中λ=ν.Τ，λ為波長，V為波速，T為周期； (3)根據地震散射網格間距和數據處理單元獲取的數據布置地震波激勵正交網陣，通過激震獲得地震散射剖面數據，采用合成孔徑偏移成像技術，通過微處理器來建立地震散射三維正交立體圖，分析地層、斷裂構造和采空區分布； (4)根據已構建的地震散射三維正交立體圖，確定疑似采空區具體位置和分布情況，設置優化鉆孔點； (5)根據優化鉆孔點，通過鉆孔數字成像裝置重構采空區三維分布體，分析采空區分布和體積，從而獲得采空區的具體位置及其范圍。
5.根據權利要求4所述的方法，其特征在于:所述步驟(2)中，V= 2000m/s?3000m/S，T = 0.002so
6.根據權利要求5所述的方法，其特征在于:所述步驟(2)中，網格間距為1.5m。
7.根據權利要求6所述的方法，其特征在于:所述步驟(4)中，以最大采空區優先鉆探為原則，設置優化鉆孔點。
【專利摘要】本發明公開了一種資源采空區的探查裝置,其操作方便、探查結果可靠，能夠實現資源抽、開采后城市沉陷、礦山塌陷等遺留空區的快速、精準探明。包括淺層地震散射裝置、鉆孔數字成像裝置、微處理器；淺層地震散射裝置包括信號采集器和數據處理單元；通過信號采集器獲取地震波激勵數據，根據地震散射網格間距和數據處理單元獲取的數據布置地震波激勵正交網陣，通過激震獲得地震散射剖面數據，采用合成孔徑偏移成像技術，通過微處理器來建立地震散射三維正交立體圖，分析地層、斷裂構造和采空區分布；設置優化鉆孔點，通過鉆孔數字成像裝置重構采空區三維分布體，分析采空區分布和體積，獲得采空區的具體位置及其范圍。還提供一種采用這種裝置的方法。
【IPC分類】G01V1-40
【公開號】CN104614770
【申請號】CN201510037465
【發明人】呂祥鋒
【申請人】北京市市政工程研究院
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2015年1月26日