[发明专利]一种煤层顶板水电磁法透视勘探系统与方法

说明书

本发明公开了一种煤层顶板水电磁法透视勘探系统与方法，属于煤矿开采领域；先依据地质资料确定地面观测区，再通过环绕地下采煤工作面形成的发射线圈发射多频混合电磁场，在地面用无人机搭载接收线圈在观测区内逐点接收电磁场信号，对该信号进行处理与解译，以获取煤层顶板立体视电阻率分布特征，进而准确定位煤层顶板不同岩层的富水区，保障煤矿安全高效生产。

技术领域

本公开属于煤矿开采领域，具体涉及一种煤层顶板水电磁法透视勘探系统与方法。

背景技术

浅埋煤层顶板含水层赋水性强，严重威胁矿井安全生产。因此，需要利用地球物理勘探技术来探明煤层顶板富水区域，以便制定相应的防范措施。

因电磁法对富水体敏感，使其成为煤田水文地质勘探的首选方法。由于很多区域地表地形起伏大，导致地面电磁法施工困难且成本高。而井下电磁法探测深度较浅，且受煤矿各类金属干扰，数据值易产生畸变，导致探测结果不可靠，无法满足生产要求。

发明内容

本公开的目的在于提供一种煤层顶板水电磁法透视勘探系统与方法。

本公开的目的可通过以下技术方案实现：

一种煤层顶板水电磁法透视勘探系统，包括信号发射系统、信号采集系统和数据成像解译系统。所述信号发射系统位于井下，用于发射多频混合电磁场信号；信号采集系统位于地面，用于接收信号发射系统发送的信号并传输至数据成像解译系统，数据成像解译系统对接收的信号进行成像解译。

一种煤层顶板水电磁法透视勘探方法，包括以下步骤：

获取待测煤层工作面的地面投影坐标，以投影区为中心向外围按比例n扩展为观测区，并根据勘探要求布置测线和测点。基于观测区地形图拾取所有测点的大地坐标M(L，B，H)，按观测顺序录入控制站；

将信号发射系统与信号采集系统进行时间同步，待同步后分别进行系统布置；

将发射线圈与发射机连接，发射机按要求设置参数，开始发射多频混合电磁场信号，同步记录并存储发射线圈内部电流波形；

将接收线圈悬吊于无人机下方，通过数据线与无人机内置接收机连接；通过控制站控制无人机按录入的测点坐标顺序飞行至每个测点进行数据采集。每个测点数据采集需待接收线圈水平稳定后，接收机持续接收电磁场信号ε_z′，同步记录GPS高程H₁和时间以及姿态测量装置的偏航角α和俯仰角β，并通过GPRS实时传送至控制站存储；

利用数据成像解译系统对所有测点的数据进行成像与解译。

在一些公开中，所述比例n，1.3≤n≤1.5。

在一些公开中，所述观测区内按照勘探要求布置测线和测点，其中线距≤40m，点距≤20m。

在一些公开中，所述发射线圈沿煤层工作面环绕布置，环绕匝数≥1。

在一些公开中，所述对所有测点的数据进行成像与解译包括：

利用地质资料获取煤层工作面巷道轨迹，确定发射线圈空间分布坐标T(L，B，H)；

利用每个测点获取的无人机GPS高程H₁、地面高程H₂，接收线圈中心至无人机的垂直高度ΔH，换算接收线圈中心至地面的高度H_R，公式为：H_R＝H₁-H₂-ΔH；

对ε_z′进行姿态矫正，矫正后的数据ε_z为：ε_z＝ε_z′/(cosαgcosβ)；