专利名称：底板灰岩岩溶布点探测方法
技术领域：
本发明涉及一种岩溶勘测技术，尤其涉及一种底板灰岩岩溶布点探测方法。
背景技术：
岩溶、岩溶塌陷的勘测手段一直是人们努力探索的问题。查明下伏溶洞的空间位 置、规模大小，对于受底板灰岩岩溶承压水危险的矿井来说至关重要，只有弄清楚底板灰岩 的富水规律，才能有效地防治水。现有技术中，岩溶勘测手段主要采用以地球物理勘探为主的探测技术。包括地质 雷达、微重力测量、地震勘探、直流电法勘探、电磁法勘探、红外探水技术、超前水平钻探等 多种方法。上述探测岩溶分布的方法都已一定的缺陷，而且成本较高，对施工技术人员要求 较高，难以在现场推广；受地质条件影响较大，对电磁耦合影响较强的区域难以测量。
发明内容
本发明的目的是提供一种结构简单、成本低、对施工技术人员要求较低，能够在现 场推广，受地质条件影响较小的底板灰岩岩溶布点探测方法。本发明的目的是通过以下技术方案实现的本发明的底板灰岩岩溶布点探测方法，包括信号源、探测仪、信号处理单元，所述 信号源通过能在水中游动的物体带动，随机游动到底板灰岩岩溶各处；所述探测仪布置在矿井井下巷道中，用于检测所述信号源发出的信号，并将该信 号输入给所述信号处理单元；所述信号处理单元对接收到的信号进行处理，得出所述信号源的位置。由上述本发明提供的技术方案可以看出，本发明所述的底板灰岩岩溶布点探测方 法，由于包括信号源、探测仪、信号处理单元，信号源通过能在水中游动的物体带动，随机游 动到底板灰岩岩溶各处；探测仪布置在矿井井下巷道中，用于检测所述信号源发出的信号， 并将该信号输入给信号处理单元；信号处理单元对接收到的信号进行处理，得出所述信号 源的位置。结构简单、成本低、对施工技术人员要求较低，能够在现场推广，受地质条件影响 较小。
图1为本发明的具体实施例中爆炸震源点的结构示意图；图2为本发明的具体实施例中生物布点探测的平面示意图；图3为本发明的具体实施例中生物布点探测的剖面示意图。
具体实施例方式本发明的底板灰岩岩溶布点探测方法，其较佳的具体实施方式
是
包括信号源、探测仪、信号处理单元，所述信号源通过能在水中游动的物体带动， 随机游动到底板灰岩岩溶各处；所述探测仪布置在矿井井下巷道中，用于检测所述信号源发出的信号，并将该信 号输入给所述信号处理单元；所述信号处理单元对接收到的信号进行处理，得出所述信号源的位置。所述能在水中游动的物体可以为能够承受大于或等于IMpa水压的水生动物，如 以下水生动物中的一种或多种黑鲷、鲟鱼、鳗鱼、黄鳝。所述能在水中游动的物体也可以为机械装置。所述信号源可以包括以下一种或多种
能够产生震动波信号的信号源、能够产生超声波信号的信号源、能够产生次声波 信号的信号源、能够产生电磁波信号的信号源；所述检测仪能够检测相应的信号。所述能够产生震动波信号的信号源可以为爆炸震源点，所述检测仪可以采用矿用 微震探测仪。所述爆炸震源点包括炸药部和漂浮部，所述炸药部设有电子起爆器，能够定时起 爆，并产生能在岩层中传播的震动波；所述漂浮部能够调节所述震源点的整体容重，使之与岩溶水容重相同，能够悬浮 在岩溶水中。所述矿井井下巷道中可以布置有多个所述探测仪，所述信号处理单元对接收到的 多个所述探测仪的信号进行处理，得出所述信号源的位置。所述信号源可以有多个，所述信号处理单元根据多个信号源的位置，并结合现场 水文地质资料和现场经验，统计得出底板灰岩岩溶发育的区域及分布规律。本发明的底板灰岩岩溶布点探测方法，与已有的底板灰岩岩溶探测技术完全不 同，是一种全新的技术思路。将能够发出可探测物理信号的若干测点，通过钻孔将该测点放置到底板灰岩岩溶 中，通过生物或其它的机械装置在岩溶中布设测点，在底板灰岩岩溶水中，该信号测点由水 生动物(例如鱼)带动，沿岩溶通道，随机游动到底板灰岩岩溶各处；在矿井井下巷道中，采用相应物探仪器，检测到这些测点发出的信号，探测出何处 有岩溶溶洞；
具体实施例测点采用爆炸震源测点，测试仪器采用矿用微震探测仪。具体包括震源点由炸药部与漂浮部两部分组成。炸药部的作用是定时起爆，一次爆破 产生在岩层中传播距离较远的震动波；漂浮部的作用是充入气体调节震源装置的整体容 重，使之与岩溶水容重相同，能够悬浮在岩溶水中。深水生物要求其具有一定耐水压性，能够承受地下岩溶高压；体型细长，善于游 动，能够游过较小溶洞。通过深水生物在底板灰岩岩溶水中的自由随机游动，带着震源点到 灰岩中的不同区域。通过深水耐压生物在底板灰岩岩溶水中的自由随机游动，将震源点带到底板灰岩中的不同区域；震源点与深水耐压生物连接在一起，使深水生物在底板灰岩岩溶空间自由 游动一定时间，将震源点带到底板灰岩中的不同区域；使用矿用微震仪，由布置在井下巷道 中不同位置的检测器，同时测得底板灰岩中震源点的爆炸震动信号，通过微震仪数据处理 求出井下震源点的空间位置。根据不同时刻测得的多个震源点位置，结合现场水文地质资 料和现场经验，统计得出底板灰岩岩溶发育的区域及分布规律。上述具体实施例中深水耐压生物必须具有耐压、体型细长、善于游动特点，能够在地下高地压岩溶水中存活时间较 长，将震动点分布底板灰岩岩溶的不同区域。淡水鱼类由于主要生活在0 100m，其抗压值为一般小于IMpa。而海洋鱼类，由 于海洋深度大，其抗压强度差异较大，如表1所示表1鱼类及耐压范围
Wm水深(m)““I水压值I 生活鱼种类
(MPa)
浅水鱼中T层100-200 Γ2浅海海底黑鲷、真鲷、鲟鱼、皱唇鲨、
扁头哈那鲨、扁鲨、鳗鱼、章鱼等
中层带200-1000 ~~ 线鳗科线鳗、线口鳗、鳗鱼；燧鲷科:
准燧鲷、南方准燧鲷；鼬躕科希氏软鼬躕； 合鳃鳗科短鳍合鳃鳗、黄鱔；章鱼等
深海鱼
深层带~~1000-4000 10^40 魚由科帆鰭触；仿鲸科裂鲸口鱼、深水
彷鲸鱼；背棘鱼科毛背棘鱼、多刺背棘鱼； 黑头鱼科黑头鱼、黑口鱼平头鱼；章鱼等
深渊带~~4000-600040~60 翻车鱼、烛光鱼等通过表中鱼类的抗压值比较，黑鲷、鲟鱼、鳗鱼、黄鳝、章鱼等能够承受大于IMpa 水压，其中黄鳝和鳗鱼的承压值较大(2 10Mpa)，而且善于游动，对环境要求不高，能够带动 探测仪在灰岩岩溶水中运动，并且取材广泛，成本较低。震源点如图1所示，具备密封空气、承受高水压和包裹炸药的功能，产生较强震动波。包 括连接绳1、炸药部2和漂浮部3。炸药部2具有定时起爆，一次爆破产生较强的震动波。漂 浮部3的作用是充入气体调节震源装置的整体容重，使之与岩溶水容重相同，能够悬浮在 岩溶水中。连接绳1将深水生物4、炸药部2和漂浮部3连接在一起。漂浮部3 内充满空气，主要调节震源装置整体容重的作用。炸药部2 主要采用普通矿用炸药5和电子引爆器6。矿用炸药5具有相熔性好、爆速高、威力大、感度低的特点，可以满足震动爆破要求。电子起爆器6具有定时起爆功能， 设定引爆时刻，准时起爆。震动信号接收处理器震动信号接收处理器通过矿用微震仪和布置在井下巷道中不同位置的检波器，测 得底板灰岩中震源点的爆炸震动信号，通过微震仪数据处理求出井下震源点的空间位置。 例如综合工程探测仪(地震仪)。上述具体实施例的探测过程如下1、准备工作(1)灰岩岩溶水样测量可通过连通灰岩岩溶的地面钻孔或在已发掘灰岩溶洞出 露点取出岩溶水水样，进行水质检测，进行深水生物试验，测定深水生物在岩溶水的最大生 存时间T ；
(2)材料准备准备一定数量的合适深水耐压生物、震动波接收处理器、定时器、 连接绳等相关材料；(3)探测仪波速校准岩溶附近巷道能设置几个爆炸点，校准综合工程探测仪地 震波波在巷道岩层内传播速度V岩。(4)震源装置组装根据现场监测要求，在炸药部，在每个震源点安装定时器和少 量矿用炸药，设定炸药引爆时刻Ti (Ti < T)；在漂浮部，充入空气调节震源装置的整体容 重，使之与岩溶水容重相同，能够悬浮在岩溶水中。2、现场监测(1)将深水生物和震源点连接组成深水生物探测传感器，在已发掘灰岩溶洞出露 点或者打地面钻孔到灰岩溶洞，将深水生物探测传感器放入岩溶水域中，经过一定时间让 深水生物在灰岩溶洞内充分游动，将震源点带到底板灰岩中的不同区域；(2)如图2、图3所示，布置在工作面内按照一定方式布置探测仪检测器；(3)在Ti时刻定时引爆器准时引爆炸药，产生爆炸震动波，通过在Ti+Atij时刻 j号震动波检测器接受到震动信号。3、数据处理(1)根据计算公式计算出爆炸点与原点检测器点相对位置，使用多组不同方位的 震动检测器，加强探测数据的准确性和确定爆炸点空间位置。根据不同时刻测得的多个震 源点位置，统计得出底板灰岩岩溶发育的区域及分布规律。(2)结合现场出露点分布范围及水文地质条件，确定底板灰岩岩溶发育区域。上述具体实施例具有以下有益效果1、观测所需要的深水生物和仪器都是可通过市场购买或定做的，材料广泛，成本 很低；2、观测过程中，特别适合野外和煤矿巷道作业；3、测点布置在岩溶内部，通过一次爆炸产生震动波信号，穿透岩层距离大，测量结 果较为准确。以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此， 任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换， 都应涵盖在本发明的保护范围之内。
权利要求
一种底板灰岩岩溶布点探测方法，其特征在于，包括信号源、探测仪、信号处理单元，所述信号源通过能在水中游动的物体带动，随机游动到底板灰岩岩溶各处；所述探测仪布置在矿井井下巷道中，用于检测所述信号源发出的信号，并将该信号输入给所述信号处理单元；所述信号处理单元对接收到的信号进行处理，得出所述信号源的位置。
2.根据权利要求1所述的底板灰岩岩溶布点探测方法，其特征在于，所述能在水中游 动的物体为能够承受大于或等于IMpa水压的水生动物。
3.根据权利要求2所述的底板灰岩岩溶布点探测方法，其特征在于，所述水生动物包 括以下一种或多种黑鲷、鲟鱼、鳗鱼、黄鳝。
4.根据权利要求1所述的底板灰岩岩溶布点探测方法，其特征在于，所述能在水中游 动的物体为机械装置。
5.根据权利要求1所述的底板灰岩岩溶布点探测方法，其特征在于，所述信号源包括 以下一种或多种能够产生震动波信号的信号源、能够产生超声波信号的信号源、能够产生次声波信号 的信号源、能够产生电磁波信号的信号源；所述检测仪能够检测相应的信号。
6.根据权利要求5所述的底板灰岩岩溶布点探测方法，其特征在于，所述能够产生震 动波信号的信号源为爆炸震源点，所述检测仪采用矿用微震探测仪。
7.根据权利要求6所述的底板灰岩岩溶布点探测方法，其特征在于，所述爆炸震源点 包括炸药部和漂浮部，所述炸药部设有电子起爆器，能够定时起爆，并产生能在岩层中传播 的震动波；所述漂浮部能够调节所述震源点的整体容重，使之与岩溶水容重相同，能够悬浮在岩 溶水中。
8.根据权利要求1至7任一项所述的底板灰岩岩溶布点探测方法，其特征在于，所述矿 井井下巷道中布置有多个所述探测仪，所述信号处理单元对接收到的多个所述探测仪的信 号进行处理，得出所述信号源的位置。
9.根据权利要求8所述的底板灰岩岩溶布点探测方法，其特征在于，所述信号源有多 个，所述信号处理单元根据多个信号源的位置，并结合现场水文地质资料和现场经验，统计 得出底板灰岩岩溶发育的区域及分布规律。
全文摘要
本发明公开了一种底板灰岩岩溶布点探测方法，包括信号源、探测仪、信号处理单元，信号源通过生物或其它的机械装置等能在水中游动的物体带动，随机游动到底板灰岩岩溶各处；探测仪布置在矿井井下巷道中，用于检测所述信号源发出的信号，并将该信号输入给信号处理单元；信号处理单元对接收到的信号进行处理，得出信号源的位置，还可以根据多个信号源的位置，并结合现场水文地质资料和现场经验，统计得出底板灰岩岩溶发育的区域及分布规律。结构简单、成本低、对施工技术人员要求较低，能够在现场推广，受地质条件影响较小。
文档编号G01V1/40GK101833112SQ20101012272
公开日2010年9月15日 申请日期2010年3月11日 优先权日2010年3月11日
发明者高延法 申请人:中国矿业大学(北京)