[发明专利]中远距离保护层开采保护范围的测试方法

说明书

技术领域

本发明属于煤矿瓦斯灾害防治及煤层气抽采技术领域，具体涉及一种中远距离保护层开采保护范围的测试方法。

背景技术

保护层开采是最经济有效的区域防治煤与瓦斯突出技术，准确确定保护层开采的保护范围对于被保护工作面的合理布置及安全回采具有重要意义。目前保护范围的确定方法主要采用压差法，即在被保护层预计保护范围的区域布置三组瓦斯压力测试孔，通过观测保护层开采过程中三组瓦斯压力的变化来确定保护范围。压差法主要适用于近距离保护层，对于中远距离保护层来讲，由于这种方法需要测试煤层瓦斯压力，需要施工的钻孔特别长，瓦斯压力测试的难度非常大，测试精度也较低，从而导致中远距离保护层开采保护范围的确定非常困难，迫切需要一种技术来准确确定中远距离保护层开采的保护范围。研究表明，保护层工作面开采完毕后，被保护层会产生大量的孔隙和裂隙，如果此时被保护层充入地下水，会导致被保护层保护范围内的视电阻率大幅度降低；如果不充水，孔隙和裂隙中则会充入空气，从而导致被保护层视电阻率大幅度的升高。根据被保护层的电性特征变化，可以采用地球物理方法探测中远距离保护层的保护范围。

目前，国内外学者广泛采用瞬变电磁法探测煤矿的采空区、地质构造等的分布特征，该方法都是采用地面发射电磁信号，并在地面进行接收。瞬变响应来自于地表以下半空间地层，属于半空间瞬变响应，并且电磁信号穿透两次地层，从而导致电磁信号大幅度衰减，致使井田深部的勘探精度大幅度降低，因此迫切需要一种新的方法来提高探测精度。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明提供一种中远距离保护层开采保护范围的测试方法，适用于煤矿瓦斯灾害防治及煤层气抽采领域，通过对比分析保护层开采前后被保护层视电阻率的差异性，采用矿井—地面大定源回线瞬变电磁方法准确确定中远距离保护层开采的保护范围。

按照本发明所提供的设计方案，一种中远距离保护层开采保护范围的测试装置，包括计算机数据处理系统、井下电磁信号发射单元及地面电磁信号接收单元，所述的井下电磁信号发射单元包括井下发射线圈及电磁信号发射仪，所述的地面电磁信号接收单元包括电磁接收仪和接收线圈。

优选的，井下进风巷、回风巷、采区大巷及切眼的底部外侧均设置有安装槽，所述的井下发射线圈为安设于安装槽内的信号电缆。

一种中远距离保护层开采保护范围的测试方法，包含如下步骤：

步骤1.保护层工作面圈成以后，在其进风巷、回风巷、采区大巷和切眼底部外侧开凿电缆安装槽，规格为15cm×15cm，然后在其铺设电阻小于5Ω的信号电缆，作为井下发射线圈，安装与井下发射线圈连接的电磁信号发射仪，并在矿井上对应的水平地面上设置与计算机数据处理系统相连接的电磁接收仪和接收线圈；

步骤2.保护层工作面未回采前，对整个工作面进行断电，由井下的发射线圈发射瞬时电磁信号，矿井上的电磁接收仪沿走向和倾向测线接收电磁信号并传输给计算机数据处理系统；

步骤3.保护层工作面回采完毕后，电磁接收器沿走向和倾向测线接收矿井下的发射线圈发射的电磁信号，并传输至计算机数据处理系统；

步骤4.计算机数据处理系统分别对接收到的步骤2和步骤3中的电磁信号进行数据处理，分别绘制被保护层走向和倾向的视电阻率综合剖面图和被保护层的视电阻率平面等值线图，对比分析被保护层开采前后的视电阻率的差异性来确定被保护层走向和倾向的保护范围。

步骤4中数据处理包含：首先，对采集到的电磁信号进行干扰信号剔除，消除噪声；然后，进行测道和测点圆滑处理；其次，进行信号增强处理，并进行信号分离，取出无关异常的信号数据；并采用全空间核函数计算全空间全区视电阻率，并将电阻率进行时深转换；对处理后的数据进行反演，得到地电断面的电性特征，绘制被保护层走向和倾向的视电阻率综合剖面图和被保护层的视电阻率平面等值线图。

本发明的有益效果：

1.本发明将发射线圈布置在矿井工作面底板信号电缆安装槽中，在井下发射一次脉冲信号，同时用矿井地面上的电磁接收器在地面对应位置沿走向和倾向测线测量瞬变电磁信号，该方法的瞬变响应来自于保护层工作面以上的地层，属全空间瞬变响应，可大幅度增加接收电磁信号的强度，提高探测精度；通过对比分析保护层开采前后被保护层视电阻率的差异性，采用矿井—地面大定源回线瞬变电磁方法准确确定中远距离保护层开采的保护范围，为被保护层抽采钻孔的布置及被保护层工作面巷道布置提供数据依据。