[发明专利]一种矿井方位聚焦直流电法超前探测方法

说明书

本发明涉及一种矿井直流电探测方法，属于矿井探测技术领域，具体涉及一种矿井方位聚焦直流电超前探测方法。该方法采用在迎头掌子面处布设发射电极和聚焦电极，在钻孔不同位置处布设方位接收电极的方式进行探测，发射电极自身具有电流聚焦特性，并且聚焦电极也可以实现电流聚焦，增加了供电电极的聚焦能力，方位测量信号接收电极增加了异常体方位识别能力，提高了探测成果的可靠性。

技术领域

本发明涉及一种矿井直流电探测方法，属于矿井探测技术领域，具体涉及一种矿井方位聚焦直流电超前探测方法。

背景技术

井下直流电法超前探测，是煤矿及隧道中常用的超前探测方法。尤其是在探测掘进迎头前方是否含有导、含水地质异常体时，可发挥重要作用。按照观测方式不同，可分为定点源三极测深类和聚焦探测类。采用定点源单极测深类进行探测时，由于是将发射、接收电极均布置于巷道底板、顶板或侧帮，探测结果受巷道中的低阻物体影响严重，且由于未采用聚焦电极供电，流入迎头前方探测目标区域电流较少，探测成果信号波动较大，对异常信号提取造成干扰。此外，该种探测方法不具备确定异常体方位的能力。CN107589462.B公开的探测方法可以通过钻杆供电实现直流电超前探测的目的，但是该技术也未采用发射信号聚焦处理，同时也不具备异常体方位识别能力。聚焦探测类方法将屏蔽电极系统、供电电极和测量电极均布置在掌子面上，聚焦探测类方法的研究还处于起步阶段，目前提出的聚焦类超前探测方法，在掌子面轮廓上布置屏蔽电极系统可实现的探测距离不超过隧道洞径的1.5倍，探测距离过短是制约聚焦类探测方法的关键问题，此外该无法实现异常体方位识别。CN110989000.B公开了一种基于锚杆供钻孔供电的多电极聚焦TBM超前探测系统及方法，但该方法并无法实现异常体方位识别。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中所存在的探测中受巷道铁磁物质干扰大，流入掌子面迎头前方目标区域电流较少，探测方法无法对异常体方位进行确定的问题，提出了一种矿井方位聚焦直流电法超前探测方法。该方法采用在迎头掌子面处布设发射电极和聚焦电极，在钻孔不同位置处布设方位接收电极的方式进行探测，发射电极自身具有电流聚焦特性，并且聚焦电极也可以实现电流聚焦，增加了供电电极的聚焦能力，方位测量信号接收电极增加了异常体方位识别能力，提高了探测成果的可靠性。

为了解决上述问题，本发明的方案是：

步骤一：测量物理参数：巷道宽、巷道高、巷道长、钻孔直径、钻孔在掌子面的位置以及岩层电阻率，为之后无异常体时的响应计算做准备；

步骤二：以钻孔为圆心，以一定半径绘制的圆为发射电极轨迹，在该轨迹上等间隔布设发射电极(或发射线圈)，目的是使得发射电极自身具有聚焦特性；

步骤三：以钻孔为圆心，以一定半径(大于发射电极轨迹半径)绘制的圆为聚焦电极轨迹，在该轨迹上等间隔布设聚焦电极(或聚焦线圈)，目的是对发射电极信号二次聚焦；

步骤四：在距离掌子面500m以外设置一个电源负极，可视作无穷远电极；

步骤五：在发射线圈添加矿用条件允许范围内的激励电流，在聚焦线圈添加矿用条件允许范围内的聚焦电流；

步骤六：将接收电极置于钻孔测量处，同时接收多个方向电压(如：上、右、下、左四个方向)；

步骤七：以固定间隔将接收电极送至下一测量点处，重复步骤六，直至测量距离达到设计测量距离为止；

步骤八：参考步骤一中参数，建立无异常模型；

步骤九：在无异常模型中，将半径与步骤二相同的发射电极固定于掌子面；

步骤十：在无异常模型中，将半径与步骤三相同的聚焦电极固定于掌子面；

步骤十一：在无异常模型中，在距离掌子面500m以外设置一个电源负极，作为无穷远电极；