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专利号: 2021109465841
申请人: 中国矿业大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
专利领域: 测量;测试
更新日期:2024-01-05
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.一种掘进巷道智能化瞬变电磁探测与实时预警方法,其特征在于,具体步骤为:步骤一、在掘进机在巷道掘进过程中由掘进期和间歇期交替循环组成,在每次间歇期间,掘进人员将放置于掘进机上的便捷式瞬变电磁探测设备取下,然后将便捷式瞬变电磁探测设备的线圈正面朝向巷道一侧帮,并展开后固定在巷道的迎头位置;

步骤二、将掘进机相对迎头后退一定距离,防止掘进机对探测结果产生严重干扰;

步骤三、打开便捷式瞬变电磁探测设备开始对线圈正面朝向的一侧帮进行一次瞬变电磁探测,完成后使便捷式瞬变电磁探测设备的线圈正面朝向以垂直于巷道顶底板的方向为轴旋转15°再完成一次瞬变电磁探测,如此重复,每旋转15°探测一次,直至线圈正面朝向旋转180°后,使线圈正面朝向从巷道一侧帮经过巷道迎头前方后到达巷道另一侧帮,完成整个探测过程;

步骤四、便捷式瞬变电磁探测设备将整个探测过程中每次探测所得的瞬变电磁二次感应电动势数据,通过井下的通信网络传至地面的计算机保存;

步骤五、计算机通过调用数据库中的软件对探测数据进行自动处理,并生成图像;具体自动处理过程包括数据读取及格式转换、数据处理及多测道提取、视电阻率计算及时深反演、最后校正并生成视电阻率断面图,并将视电阻率断面图存储在数据库并在计算机的显示屏上显示;其中视电阻率计算公式为:式中:k为矫正系数,根据探测现场环境复杂程度决定,取值范围1.0至1.5;

μ为磁导率;

N为线圈匝数;

I为供电电流;

S为接收线圈的等效面积;

Sf为发射线圈的面积;

为感应电动势;

t为观测时间;

步骤六、根据视电阻率值R的分布情况对视电阻率断面图进行危险区域划分,并确定每个区域的危险等级,分别为Ⅰ级、Ⅱ级、Ⅲ级;其中具体每个区域危险等级划分标准为:设Rmax为视电阻率断面图中的最大视电阻率值,Rmin为视电阻率断面图中的最小视电阻率值;

若当前区域内R≤0.2(Rmax‑Rmin)+Rmin,则确定该区域为Ⅰ级,即危险区域;

若当前区域内0.2(Rmax‑Rmin)+Rmin<R≤0.5(Rmax‑Rmin)+Rmin,则确定该区域为Ⅱ级,即可疑区域;

若当前区域内R>0.5(Rmax‑Rmin)+Rmin,则确定该区域为Ⅲ级,即安全区域;

步骤七、完成该间歇期的探测分析后,掘进机继续进入掘进期掘进30~50m,然后再次进入间歇期,此时重复步骤一至五,得到本次探测的视电阻率断面图,将本次视电阻率断面图与上一次获得的视电阻率断面图进行网格位置匹配合成分析,取两者每个对应区域阻值的平均值作为合成后每个对应区域的阻值,最终获得合成后的视电阻率断面图;将合成后的视电阻率断面图重复步骤六进行危险区域划分,并确定每个区域的危险等级;如此重复,能在每次间歇期对掘进迎头进行一次瞬变电磁探测,每探测一次对断面图中各个区域的阻值优化一次,各个区域的危险等级随之更新;随着探测次数增加,使各个区域划分的危险等级更加可信,对实际危险区域的探测位置更加精确;

步骤八、利用GIS构建井下三维地理信息空间模型,将步骤七每个间歇期获得的视电阻率断面图及其划分的每个区域的危险等级导入模型对应位置进行实时显示及更新,从而根据各个区域的危险等级情况对单条巷道掘进过程中迎头前方异常地质构造进行实时预警。

2.根据权利要求1所述的一种掘进巷道智能化瞬变电磁探测与实时预警方法,其特征在于,若存在多条巷道同时掘进的情况,则分别对每条巷道均重复步骤一至八,综合每条巷道掘进迎头前方各个区域的危险等级情况进行相互对比分析,从而能得到更大范围内的地质视电阻率信息,使得探测叠加区域更大,最终保证对每条巷道掘进迎头前方异常地质构造的探测精度及实时性。