基于直流电法探测的巷道松动圈范围无损测试方法及系统

1.本发明涉及巷道围岩结构探测技术领域，特别是涉及一种基于直流电法探测的巷道松动圈范围无损测试方法及系统。


背景技术：

2.我国煤矿普遍存在瓦斯含量高、瓦斯压力大、赋存条件复杂等特点，钻孔抽采是常用的瓦斯治理手段，钻孔抽采效果与封孔效果密切相关。随着矿井开采深度的增加，矿井的开采条件逐年复杂，巷道围岩常常出现裂隙发育、松散破碎、变形严重等现象，如何快速、准确确定巷道松动圈，设计合理的封孔长度，从而实现对钻孔的有效封孔是亟待解决的问题。
3.目前，巷道松动圈范围测试方法主要是通过钻孔测试进行的，属于“以点带面”式的测试，测试范围小，测试结果不可靠，难以对巷道周围松动圈进行大范围的全面测试。


技术实现要素：

4.本发明的目的是提供一种基于直流电法探测的巷道松动圈范围无损测试方法及系统，能够实现对巷道松动圈的无损测试，提高测试结果的可靠性。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
6.本发明提供了一种基于直流电法探测的巷道松动圈范围无损测试方法，所述基于直流电法探测的巷道松动圈范围无损测试方法包括：
7.获取测试电极采集到的视电阻率；所述测试电极布置在设定测量区域，且所述测试电极在巷道长度方向上均匀布置；所述设定测量区域根据待测试区域确定；
8.计算相邻测试电极对应的视电阻率的梯度；
9.将递减趋势梯度中梯度值位于设定范围的梯度确定为目标梯度，所述递减趋势梯度包括从测试范围的中心到两端梯度值呈降低趋势的梯度；
10.根据所述目标梯度对应的巷道位置确定巷道的松动圈边界。
11.可选地，在所述获取测试电极采集到的视电阻率之前，还包括：
12.在所述巷道长度方向上，将所述待测试区域向两端各延伸设定长度后得到区域确定为所述设定测量区域。
13.可选地，在巷道长度方向上，所述测试电极在巷道顶板上、底板上、左帮上以及右帮上分别沿直线均匀布置。
14.可选地，所述根据所述目标梯度对应的巷道位置确定巷道的松动圈边界，具体包括：
15.根据所述目标梯度对应的相邻测试电极中距离所述待测试区域中心近的测试电极所对应的位置确定巷道的松动圈边界。
16.可选地，所述设定范围为
‑
0.2～
‑
0.3。
17.可选地，所述设定长度为待测试区域沿巷道走向长度的1.5倍。
18.为实现上述目的，本发明还提供了如下方案：
19.一种基于直流电法探测的巷道松动圈范围无损测试系统，所述基于直流电法探测的巷道松动圈范围无损测试系统包括：
20.视电阻率获取模块，用于获取测试电极采集到的视电阻率；所述测试电极布置在设定测量区域，且所述测试电极在巷道长度方向上均匀布置；所述设定测量区域根据待测试区域确定；
21.梯度计算模块，用于计算相邻测试电极对应的视电阻率的梯度；
22.目标梯度确定模块，用于将递减趋势梯度中梯度值位于设定范围的梯度确定为目标梯度，所述递减趋势梯度包括从测试范围的中心到两端梯度值呈降低趋势的梯度；
23.巷道松动圈确定模块，用于根据所述目标梯度对应的巷道位置确定巷道的松动圈边界。
24.可选地，所述基于直流电法探测的巷道松动圈范围无损测试系统还包括：
25.测量区域确定模块，用于在所述巷道长度方向上，将所述待测试区域向两端各延伸设定长度后得到区域确定为所述设定测量区域。
26.可选地，在巷道长度方向上，所述测试电极在巷道顶板上、底板上、左帮上以及右帮上分别沿直线均匀布置。
27.可选地，所述巷道松动圈确定模块，具体包括：
28.巷道松动圈确定子模块，用于根据所述目标梯度对应的相邻测试电极中距离所述待测试区域中心近的测试电极所对应的位置确定巷道的松动圈边界。
29.根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
30.本发明提供了一种基于直流电法探测的巷道松动圈范围无损测试方法及系统，该方法通过获取测试电极采集到的视电阻率，然后计算相邻测试电极对应的视电阻率的梯度，并将递减趋势梯度中梯度值位于设定范围的梯度确定为目标梯度，最后根据目标梯度对应的巷道位置确定巷道的松动圈边界。本发明通过直流电法获取视电阻率梯度进而确定巷道松动圈范围，能够实现对巷道松动圈的无损测试，并且提高了测试结果的可靠性。
附图说明
31.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
32.图1为本发明基于直流电法探测的巷道松动圈范围无损测试方法的流程图；
33.图2为本发明基于直流电法探测的巷道松动圈范围无损测试方法的巷道结构示意图；
34.图3为本发明基于直流电法探测的巷道松动圈范围无损测试系统的模块结构示意图。
35.符号说明：
36.顶板
‑
21，底板
‑
22，左帮
‑
23，右帮
‑
24，巷道整体松动圈边界
‑
25，测试范围的中心
‑
26，直流电法仪
‑
27，电缆
‑
28；
37.视电阻率获取模块
‑
31，梯度计算模块
‑
32，目标梯度确定模块
‑
33，巷道松动圈确
定模块
‑
34，测量区域确定模块
‑
35。
具体实施方式
38.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
39.本发明的目的是提供一种基于直流电法探测的巷道松动圈范围无损测试方法及系统，能够实现对巷道松动圈的无损测试，提高测试结果的可靠性。
40.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
41.如图1所示，本发明基于直流电法探测的巷道松动圈范围无损测试方法，包括以下步骤：
42.步骤s1：获取测试电极采集到的视电阻率；所述测试电极布置在设定测量区域，且所述测试电极在巷道长度方向上均匀布置；所述设定测量区域根据待测试区域确定。
43.步骤s2：计算相邻测试电极对应的视电阻率的梯度。
44.步骤s3：将递减趋势梯度中梯度值位于设定范围的梯度确定为目标梯度，所述递减趋势梯度包括从测试范围的中心26到两端梯度值呈降低趋势的梯度。
45.步骤s4：根据所述目标梯度对应的巷道位置确定巷道的松动圈边界。
46.可选地，在所述获取测试电极采集到的视电阻率之前，还包括步骤s0，具体包括：
47.在所述巷道长度方向上，将所述待测试区域向两端各延伸设定长度后得到区域确定为所述设定测量区域。
48.进一步地，在巷道长度方向上，所述测试电极在巷道顶板21上、底板上22、左帮23上以及右帮24上分别沿直线均匀布置。
49.进一步地，所述根据所述目标梯度对应的巷道位置确定巷道的松动圈边界，具体包括：
50.根据所述目标梯度对应的相邻测试电极中距离所述待测试区域中心近的测试电极所对应的位置确定巷道的松动圈边界。
51.优选地，所述设定范围为
‑
0.2～
‑
0.3。
52.进一步地，所述设定长度为待测试区域沿巷道走向长度的1.5倍。
53.具体地，所述待测试区域为沿巷道长度方向上要测试松动圈的区域，如图2中所示的l0，那么所述设定长度即为1.5l0，所述设定测量区域l1为将所述待测试区域向两端各延伸1.5l0后得到的区域即l1＝3l0。
54.在本发明的具体实施例中，步骤s2具体包括：将相邻两个测试电极中距离测试范围的中心远的测试电极对应的视电阻率减去距离测试范围的中心近的测试电极对应的视电阻率，得到视电阻率梯度值。
55.进一步地，步骤s3具体包括：将递减趋势梯度中梯度值位于设定范围的梯度确定为目标梯度，所述递减趋势梯度包括从测试范围的中心到两端梯度值呈降低趋势的梯度，即从测试范围的中心开始到两端，梯度值呈现一个连续下降的趋势，并且梯度值位于设定
范围内，此时的梯度值即为目标梯度。例如，从测试范围中心26向两端计算得到部分梯度值分别为：0.9,0.67,0.39,0.12，
‑
0.18，
‑
0.29，
‑
0.41，
‑
0.52，观察得出梯度值呈连续下降趋势，且设定范围的梯度值为
‑
0.29，将
‑
0.29记为目标梯度。此外，若梯度值为：0.9,0.67,0.39,0.12，
‑
0.18，
‑
0.29，0.11，
‑
0.16，观察得出梯度值并非呈现递减趋势，此时的
‑
0.29可能为一个异常点，因此这种情况下
‑
0.29不能作为目标梯度。
56.具体地，所述测试电极在巷道顶板上、底板上、左帮上以及右帮上分别沿一条直线均匀布置，在本发明的具体实施例中，在设定测量区域内布置64枚电极，相邻两个电极之间的距离为l2＝l1/63，即分辨率为l2，测试电极通过电缆28与直流电法仪27相连接。并且在测试过程中，对于顶板、底板、左帮以及右帮的测试都是独立的。将得到的顶板松动圈边界、底板松动圈边界、左帮松动圈边界和右帮松动圈边界连接起来，得到巷道整体松动圈边界25。
57.为实现上述目的，本发明还提供了如下方案：
58.如图3所示，本发明一种基于直流电法探测的巷道松动圈范围无损测试系统，包括：视电阻率获取模块31、梯度计算模块32、目标梯度确定模块33和巷道松动圈确定模块34。
59.视电阻率获取模块31，用于获取测试电极采集到的视电阻率；所述测试电极布置在设定测量区域，且所述测试电极在巷道长度方向上均匀布置；所述设定测量区域根据待测试区域确定。
60.梯度计算模块32，用于计算相邻测试电极对应的视电阻率的梯度。
61.目标梯度确定模块33，用于将递减趋势梯度中梯度值位于设定范围的梯度确定为目标梯度，所述递减趋势梯度包括从测试范围的中心到两端梯度值呈降低趋势的梯度。
62.巷道松动圈确定模块34，用于根据所述目标梯度对应的巷道位置确定巷道的松动圈边界。
63.进一步地，所述基于直流电法探测的巷道松动圈范围无损测试系统还包括：测量区域确定模块35。
64.测量区域确定模块35，用于在所述巷道长度方向上，将所述待测试区域向两端各延伸设定长度后得到区域确定为所述设定测量区域。
65.更进一步地，在巷道长度方向上，所述测试电极在巷道顶板上、底板上、左帮上以及右帮上分别沿直线均匀布置。
66.具体地，所述巷道松动圈确定模块34，具体包括：
67.巷道松动圈确定子模块，用于根据所述目标梯度对应的相邻测试电极中距离所述待测试区域中心近的测试电极所对应的位置确定巷道的松动圈边界。
68.本发明的主要优点在于：
69.1、煤层直流电法测试技术为无损探测，不需要大规模打钻，操作较为简单。
70.2、本方法对巷道松动圈的测试是连续的，可以有效避免传统方法“以点带面”测试范围小、测试结果不可靠等问题。
71.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的系统而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。
72.本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。