[发明专利]一种多参数电磁法动态监测系统及其方法

说明书

技术领域

本发明属于矿井电磁法监测技术的领域，具体涉及一种多参数电磁法动态监测系统及其方法。

背景技术

煤层底板突水是威胁煤矿安全生产的主要问题之一，绝大部分底板突水均与断裂构造有关。据调查发现，许多断裂构造突水均存在不同时间尺度的延迟滞后现象，许多突水往往发生在采后一段时间，即滞后出水。滞后出水是矿井生产中经常遇到的特殊水害类型，因具有一定的隐蔽性、突发性，对矿井生产的危害极大。

目前解决矿井水文地质条件成熟的矿井电磁法技术主要有：无线电透视技术、井下直流电测深技术、矿井音频电透视技术、矿井瞬变电磁法等，几种电磁法技术在探查矿井水文地质条件中各有侧重点：无线电透视技术主要探查煤层内的构造发育情况；井下直流电测深技术主要应用于解决巷道垂向上顶、底板内及迎头前方的局部地质体或特征层位的探测问题，矿井音频电透视技术主要探测工作面内部(两顺槽之间)顶、底板内的含、导水构造，矿井瞬变电磁法主要用于探测工作面内顶底板及掘进前方的含水性。

由于煤层底板隔水层厚度，隐伏断层及裂隙在工作面回采过程中都是在不断变化的，在工作面回采前某个时刻探测的结果只能反映探测时刻当时的地质情况，存在一定的数据参数探测反馈滞后性，并不能保证回采过程及回采后煤层底板的安全，不能实现对煤层底板及煤矿内部的各个情况参数进行实时动态监测，这都给煤矿开采及安全生产带来巨大的危险性和安全隐患。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种多参数电磁法动态监测系统及其方法，利用多种参数，实现煤矿中对煤层底板的实时动态监测，减轻煤矿的安全隐患。

技术方案：为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种多参数电磁法动态监测系统，包括发射装置、一号电极、二号电极及多通道电磁传感器，所述发射装置分别与一号电极、二号电极连接，所述一号电极、二号电极分别设置在采煤工作面的两侧的巷道中；所述多通道电磁传感器由测量电极和绕制在所述测量电极上的多匝感应线圈组成，所述测量电极设置在所述采煤工作面后方的采空区内。

进一步的，在本发明中，所述采空区区域内的测量电极均匀分布，相互间隔5～10 米。测量电极均匀分布的相互间隔根据采空区区域大小而定，方便测量。

进一步的，在本发明中，所述测量电极为不极化电极，采用铁棒电极或磁棒电极。不极化的铁棒或磁棒电极的电性特征比较稳定，保证监测数据的准确性和稳定性。

进一步的，在本发明中，所述多匝感应线圈采用抗压材料密封保护。

一种多参数电磁法动态监测系统的方法，包括以下步骤：

1)在采煤工作面的两侧的两条巷道中布置好所述一号电极、二号电极，所述发射装置所发射的电源经所述一号电极、二号电极，向采煤工作面的底板按周期供电，发射周期性矩形方波，进行测量工作；

2)所述多通道电磁传感器接收一个方波周期内不同时间段对应的电磁信号参数；

3)将接收到的数据传输送至数据实时处理中心，进行数据处理反馈。

进一步的，在本发明中，所述步骤1)中，采用短偏移的方式进行面积性旁线测量。短偏移的测量方式即收发距接近探测深度或者小于探测深度，使得测量更为集中于发射源的附近，提高信噪比，有效避免了以往长偏移距电磁法信号较弱的缺点。

进一步的，在本发明中，所述步骤1)中，采用短偏移的方式在采煤工作面后方5～100米的采空区区域内进行面积性旁线测量，多道同时测量，实现空间多次覆盖。

进一步的，在本发明中，所述步骤1)中向采煤工作面的底板供电的周期大小可调节。

进一步的，在本发明中，所述步骤2)中多通道电磁传感器在一个方波周期时间内分2个时间段接收不同的电磁信号参数，所述参数包括一次场电位值、极化电位和感应电动势；所述2个时间段包括：

①在第一个时间段即0～t₀时间段，通过所述多通道电磁传感器中测量电极接收的一次场电位值及所述测量电极所在的观测点的相对位置，可计算视电阻率值，为三维直流电法勘探(DC)；

②在第二个时间段即t₀～t₁时间段，采用多通道电磁传感器中的测量电极接收极化电位，计算所述测量电极所在的观测点对应的极化率参数，为激发极化法(IP)；同时利用所述测量电极上所绕制的多匝感应线圈接收感应电动势，通过将所述感应电动势值转化为垂直磁场强度，即可计算视电阻率值，为电性源瞬变电磁法(TEM)。