[发明专利]坑道三方向视电阻率超前探测方法

权利要求书

1.一种坑道三方向视电阻率超前探测方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)在坑道侧面与底面交线上沿x轴负方向布置一条电法测线，测线起点为坑道掘进工作面、侧面和底面的交点，即空间直角坐标系原点；

(2)从电法测线起点向坑道后方即x轴负方向按间距d依次布置s个供电点和n个测量点，其中2≤s≤4，32≤n≤64，按顺序编号为A₁、A₂……A_s，m₁、m₂、m₃、……、m_n-1、m_n；

(3)在每个供电点位置布设供电正极C，在坑道后方一定距离布设供电负极B，供电正负极之间的距离CB≥2*(n+s-1)*d，将正、负电极通过供电电缆与电法仪器连接，形成完整供电回路；

(4)对每个测量点布置1套接收电极组，每套接收电极组由4个测量电极组成，依次编号为P₁、P₂、P₃和P₄，构成P₁P₂、P₁P₃和P₁P₄共3个测量电极对，其中测量电极对P₁P₂沿x轴负向布置且P₁布置于测量点位置；测量电极对P₁P₃沿y轴正向布置；测量电极对P₁P₄沿z轴正向布置；施工中应确保P₁P₂、P₁P₃、P₁P₄相互正交且距离均为r，1m≤r≤2m，实际取值依据坑道截面大小而定；将所有测量电极通过接收电缆连接电法仪器，形成完整测量回路；

(5)实施三向视电阻率数据采集，具体数据采集顺序如下：

①针对测量点m₁，先在A₁供电点向大地供电并记录供电电流I，供电过程中同时分别记录测量电极对P₁P₂、P₁P₃、P₁P₄之间的电位差ΔU_x、ΔU_y和ΔU_z；然后根据视电阻率计算公式ρ_s＝k·ΔU/I，其中k为装置系数，由供电点和测量点位置关系及测量电极距离r决定；计算测量点在x、y和z，即P₁P₂、P₁P₃和P₁P₄三个方向的视电阻率ρ_sx、ρ_sy和ρ_sz；按以上方式观测A₂至A_s供电点供电时的电流及m₁测量点在x、y和z三个方向上的电位差，并计算视电阻率值；以上过程完成了1个测量点所对应的全部供电点的三方向视电阻率数据；

②移动测量电极组至测量点m₂，按①中数据采集方式分步观测A₁至A_s供电时m₂测量点所对应的三方向视电阻率数据；以此类推，依次观测所有测量点的三方向视电阻率数据；

(6)将步骤(5)测量获得的三方向视电阻率数据进行合并，导入电阻率反演程序，获得坑道掘进前方地质体的三维电阻率图像；

(7)从步骤(6)反演获得的三维电阻率数据体中提取坑道掘进前方水平和垂直电阻率剖面，结合已知地质资料，进一步判定坑道掘进前方隐蔽灾害地质体的空间位置并判定其赋水性，为坑道安全掘进提供技术参数。

2.根据权利要求1所述的一种坑道三方向视电阻率超前探测方法，其特征在于，具体做法是，步骤(6)中电阻率反演时将探测区域三维网格化，计算每个网格内的电阻率，采用光滑约束的最小二乘反演算法，电阻率反演目标函数为：

(G^TG+λC^TC)Δm＝G^TΔd

式中，△d为观测数据d和正演理论计算值d₀之间的残差向量；G为系数矩阵；△m为初始模型m的修改向量，C为模型光滑矩阵；λ为光滑阻尼因子。