[发明专利]一种地下采空区的探测方法及系统

说明书

本发明涉及一种地下采空区的探测方法和系统，涉及地下构造勘探技术领域，首先确定发射探头和接收探头，然后以发射探头为坐标原点，建立三维坐标系；再沿三维坐标系的y轴正方向敲击发射探头产生振动信号，并带动多个接收探头振动，使接收探头产生振动位移，每个接收探头上的加速度传感器采集振动位移，将将其转化为电信号传输至检测主机；检测主机对电信号进行处理，生成多个接收波形；然后对多个接收波形进行处理，得到x轴方向的波数频散曲线；最后根据所述波数频散曲线确定是否存在采空区，并计算采空区的深度，结构简单，操作安全，解决了传统检测方法结构复杂、周期长以及检测时可能坍塌的问题。

技术领域

本发明涉及地下构造勘探技术领域，特别是涉及一种地下采空区的探测方法及系统。

背景技术

采空区是由人为挖掘或者天然地质运动在地表以下形成的“空洞”，采空区内部是空气，采空区的存在使得各类工程施工以及运行面临很大的安全问题，地面载荷大时容易出现塌陷，人员与机械设备都可能掉入采空区，受到伤害，因此，提前检测采空区是地质勘探工作的关键。

现有的采空区探测方法主要包括三种，第一种是通过大型地质检测设备检测采空区，但由于采空区的位置无法预知，且大型设备的重量很大，因此一旦将大型设备布置到采空区的范围，极易引发地质坍塌，存在工作人员和设备掉入采空区的风险。第二种是建立地压监测网，对地压进行长期有效的监测，通常情况下，建立地压监测网周期太长，且由于采空区有大有小，地压检测网无法准确监测到较小的采空区，准确性较低。第三种是地球物理方法，通过测量地层电阻率(高密度电法)或介电常数(地面雷达)的分布间接测量采空区。电阻率法是体积效应，存在空间分辨率低的问题，雷达的探测深度浅，从而使得探测结果准确性低。

因此，目前亟需一个简单、准确的探测采空区的方法。基于此，本文提出一种地下采空区的探测方法及系统。

发明内容

本发明的目的是提供一种地下采空区的探测方法及系统，用于探测地下是否存在采空区并计算采空区的深度。利用一个发射探头和多个接收探头搭建三维坐标系，并通过敲击发射探头的方式产生y轴方向的振动信号，激发出SH波，用接收探头上的加速度传感器采集各个接收探头的振动数据，对这些振动数据进行处理分析，从而确定是否存在采空区，并计算出采空区的具体深度，实现对采空区的准确、简便且安全的检测，解决传统采空区检测方法复杂、准确性低且危险系数高的问题。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种地下采空区的探测方法，包括：

选择发射探头和接收探头；

将所述发射探头放于地面上，以所述发射探头为坐标原点，建立三维坐标系；

沿所述三维坐标系的y轴正方向敲击所述发射探头，在所述发射探头所在的区域内产生一致的沿y轴方向的振动，生成y轴方向的振动信号，使所述发射探头激发出沿z轴方向、x轴方向传播的SH波；

在所述三维坐标系的x轴正方向上间隔布置多个所述接收探头，每相邻的两个所述接收探头的距离相等，多个所述接收探头与所述发射探头位于同一直线上；

多个所述接收探头接收到所述振动信号后，产生y轴方向上的振动位移；每个所述接收探头上均设有一个加速度传感器，所述加速度传感器用于采集所述接收探头的所述振动位移，并将所述振动位移转化为电信号；

将所述电信号传输至检测主机，所述检测主机对所述电信号进行处理，生成多个接收波形；

对多个所述接收波形进行处理，得到x轴方向的波数频散曲线；

根据所述波数频散曲线的形状确定是否存在采空区，并利用双曲线和频率轴的交点计算所述采空区的深度。

可选的，所述选择发射探头和接收探头，具体包括：