[发明专利]一种掘进中探测积水采空区位置的物理模拟实验方法

权利要求书

1.一种掘进中探测积水采空区位置的物理模拟实验方法，其特征在于，包括如下步骤：

1）制作与巷道所处地层结构相似的实验模型，实验模型包括模型A（1.1）、模型B（1.2）、模型C（1.3）和模型D（1.4），模型A（1.1）、模型B（1.2）、模型C（1.3）和模型D（1.4）的外形结构尺寸相同且均包括模拟地质层，模拟地质层从下至上依次为岩层C（10）、煤层B（9）、岩层B（8）、煤层A（7）和岩层A（6），模拟地质层内设置有积水采空区（3）且积水采空区（3）在模型A（1.1）、模型B（1.2）、模型C（1.3）和模型D（1.4）中的位置均不相同，积水采空区（3）的顶部预埋有凸出模拟地质层表面的注水管（5），对应的四个模型中还预留有不同位置及方向的掘进巷道（2）；

2）制作感应线圈（4），感应线圈（4）包括用于瞬变电磁的发射线圈（4.1）和接收线圈（4.2），发射线圈（4.1）和接收线圈（4.2）均为正方形结构且接收线圈（4.2）位于发射线圈（4.1）内部，发射线圈（4.1）采用标称直径0.450 mm规格的漆包线加工成60 mm×60 mm×40匝，接收线圈（4.2）采用标称直径0.130 mm规格的漆包线加工成58 mm×58 mm×80匝，感应线圈（4）的探测方向垂直于感应线圈（4）的平面本身；

3）将感应线圈（4）与瞬变电磁仪连通后放入模型A（1.1）的掘进巷道（2）中，感应线圈（4）的探测方向朝向掘进巷道（2）的斜上方并与掘进巷道（2）的底板呈45°夹角，进一步通过预埋的注水管（5）向积水采空区（3）内注水，当积水采空区（3）注满水后立即接通瞬变电磁仪进行数据的采集；

4）模型A（1.1）的数据采集完成后切断电源并将感应线圈（4）取出，再放入模型B（1.2）的掘进巷道（2）中，感应线圈（4）探测方向垂直于对掘进巷道（2）的推进方向，进一步通过预埋的注水管（5）向积水采空区（3）内注水，当积水采空区（3）注满水后立即接通瞬变电磁仪进行数据的采集；

5）模型B（1.2）的数据采集完成后切断电源并将感应线圈（4）取出，再放入模型C（1.3）的掘进巷道（2）中，感应线圈（4）的探测方向朝向侧上方且与掘进巷道（2）底板呈45°夹角，进一步通过预埋的注水管（5）向积水采空区（3）内注水，当积水采空区（3）注满水后立即接通瞬变电磁仪进行数据的采集；

6）模型C（1.3）的数据采集完成后切断电源并将感应线圈（4）取出，再放入模型D（1.4）的掘进巷道（2）中，感应线圈（4）的探测方向平行于对掘进巷道（2）的推进方向，进一步通过预埋的注水管（5）向积水采空区（3）内注水，当积水采空区（3）注满水后立即接通瞬变电磁仪进行数据的采集；

7）模型D（1.4）的数据采集完成后，统计分析四个模型的探测成像结果，根据成像结果分别定位各模型的积水采空区位置，并与模型实际位置的数据进行比对，确定探测精度及校正系数，从而用于对积水采空区（3）位置的实测提供指导。

2.根据权利要求1所述的一种掘进中探测积水采空区位置的物理模拟实验方法，其特征在于，模拟地质层的加工配料选用粒径为0.7～1.5mm的细砂为骨料以及石灰、石膏、水为胶结材料，其中岩层A（6）、岩层B（8）和岩层C（10）所用材料的质量配比为砂子：石灰：石膏：水=7：0.6：0.4：1，煤层A（7）和煤层B（9）所用材料的质量配比为砂子：石灰：石膏：水=8：0.6：0.4：1，配好材料后搅拌均匀后逐层铺设进模具中并压，模拟地质层所含岩层C（10）的厚度为300 mm，煤层B（9）的厚度为150 mm，岩层B（8）的厚度为100 mm，煤层A（7）的厚度为150mm，岩层A（6）的厚度为300 mm。

3.根据权利要求2所述的一种掘进中探测积水采空区位置的物理模拟实验方法，其特征在于，模型A（1.1）、模型B（1.2）、模型C（1.3）和模型D（1.4）均为体积为1m³的正方体，掘进巷道（2）设置在煤层B（9）中且掘进巷道（2）的截面为拱形与矩形面的组合结构，掘进巷道（2）的拱高为30～50 mm，矩形面的高度为60～100 mm，掘进巷道（2）的宽度为60～100 mm，工作面的长度为200～400 mm。