一种多参数电磁法动态监测系统及其方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于矿井电磁法监测技术的领域，具体涉及一种多参数电磁法动态监测系 统及其方法。
【背景技术】
[0002] 煤层底板突水是威胁煤矿安全生产的主要问题之一，绝大部分底板突水均与断裂 构造有关。据调查发现，许多断裂构造突水均存在不同时间尺度的延迟滞后现象，许多突水 往往发生在采后一段时间，即滞后出水。滞后出水是矿井生产中经常遇到的特殊水害类型， 因具有一定的隐蔽性、突发性，对矿井生产的危害极大。
[0003]目前解决矿井水文地质条件成熟的矿井电磁法技术主要有：无线电透视技术、井 下直流电测深技术、矿井音频电透视技术、矿井瞬变电磁法等，几种电磁法技术在探查矿井 水文地质条件中各有侧重点：无线电透视技术主要探查煤层内的构造发育情况；井下直流 电测深技术主要应用于解决巷道垂向上顶、底板内及迎头前方的局部地质体或特征层位的 探测问题，矿井音频电透视技术主要探测工作面内部（两顺槽之间）顶、底板内的含、导水 构造，矿井瞬变电磁法主要用于探测工作面内顶底板及掘进前方的含水性。
[0004] 由于煤层底板隔水层厚度，隐伏断层及裂隙在工作面回采过程中都是在不断变化 的，在工作面回采前某个时刻探测的结果只能反映探测时刻当时的地质情况，存在一定的 数据参数探测反馈滞后性，并不能保证回采过程及回采后煤层底板的安全，不能实现对煤 层底板及煤矿内部的各个情况参数进行实时动态监测，这都给煤矿开采及安全生产带来巨 大的危险性和安全隐患。
【发明内容】
[0005] 发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种多参数电磁法动态 监测系统及其方法，利用多种参数，实现煤矿中对煤层底板的实时动态监测，减轻煤矿的安 全隐患。
[0006] 技术方案：为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：
[0007] -种多参数电磁法动态监测系统，包括发射装置、一号电极、二号电极及多通道电 磁传感器，所述发射装置分别与一号电极、二号电极连接，所述一号电极、二号电极分别设 置在采煤工作面的两侧的巷道中；所述多通道电磁传感器由测量电极和绕制在所述测量电 极上的多匝感应线圈组成，所述测量电极设置在所述采煤工作面后方的采空区内。
[0008] 进一步的，在本发明中，所述采空区区域内的测量电极均匀分布，相互间隔5?10 米。测量电极均匀分布的相互间隔根据采空区区域大小而定，方便测量。
[0009] 进一步的，在本发明中，所述测量电极为不极化电极，采用铁棒电极或磁棒电极。 不极化的铁棒或磁棒电极的电性特征比较稳定，保证监测数据的准确性和稳定性。
[0010] 进一步的，在本发明中，所述多匝感应线圈采用抗压材料密封保护。
[0011] 一种多参数电磁法动态监测系统的方法，包括以下步骤：
[0012] 1)在采煤工作面的两侧的两条巷道中布置好所述一号电极、二号电极，所述发射 装置所发射的电源经所述一号电极、二号电极，向采煤工作面的底板按周期供电，发射周期 性矩形方波，进行测量工作；
[0013] 2)所述多通道电磁传感器接收一个方波周期内不同时间段对应的电磁信号参 数；
[0014] 3)将接收到的数据传输送至数据实时处理中心，进行数据处理反馈。
[0015] 进一步的，在本发明中，所述步骤1)中，采用短偏移的方式进行面积性旁线测量。 短偏移的测量方式即收发距接近探测深度或者小于探测深度，使得测量更为集中于发射源 的附近，提高信噪比，有效避免了以往长偏移距电磁法信号较弱的缺点。
[0016] 进一步的，在本发明中，所述步骤1)中，采用短偏移的方式在采煤工作面后方5? 100米的采空区区域内进行面积性旁线测量，多道同时测量，实现空间多次覆盖。
[0017] 进一步的，在本发明中，所述步骤1)中向采煤工作面的底板供电的周期大小可调 节。
[0018] 进一步的，在本发明中，所述步骤2)中多通道电磁传感器在一个方波周期时间内 分2个时间段接收不同的电磁信号参数，所述参数包括一次场电位值、极化电位和感应电 动势；所述2个时间段包括：
[0019] ①在第一个时间段即0?h时间段，通过所述多通道电磁传感器中测量电极接收 的一次场电位值及所述测量电极所在的观测点的相对位置，可计算视电阻率值，为三维直 流电法勘探〇)c);
[0020] ②在第二个时间段即时间段，采用多通道电磁传感器中的测量电极接收极 化电位，计算所述测量电极所在的观测点对应的极化率参数，为激发极化法（IP);同时利 用所述测量电极上所绕制的多匝感应线圈接收感应电动势，通过将所述感应电动势值转化 为垂直磁场强度，即可计算视电阻率值，为电性源瞬变电磁法（TEM)。
[0021] 在一个方波周期时间内接收3种参数，易于实现多参数对比分析，增强参数数据 的利用率和参考准确性。
[0022] 进一步的，在本发明中，所述一号电极、二号电极的位置与采煤机械保持间距距 离，随着采煤工作面回采向后移动，并在新的采空区内按网度要求布设多通道电磁传感器， 直至整个采煤工作面采完。
[0023] 通过数据处理流程，判断采空区底板的实时电性结构，再参考煤矿已有的水文地 质资料，包括隔水层厚度、裂隙发育情况及其它地质资料，设定适用于该工作面的突水阈值 等级。
[0024] 有益效果：本发明的参数电磁法动态监测系统的结构在空间范围有限的采煤矿井 下较易布置，且装备的价格低廉；另一方面，在旁线扫面测量时，易于实现一发多收，多道同 时测量，生产效率高。同时，本发明的参数电磁法动态监测系统不同于已有的成熟的矿井电 磁法技术的静态探测，该系统在一个周期内利用多通道电磁传感器分时段接收多种参数， 实现实时动态监测，有效减轻或防止采煤工作面的底板滞后突水的安全隐患。
【附图说明】
[0025] 附图1是本发明多参数电磁法动态监测系统在工作面的布置示意图；
[0026] 附图2是本发明监测系统一个方波周期时间内分时段多参数接收示意图；
[0027] 附图3是本发明的三维直流电法观测系统示意图；
[0028] 附图4是本发明的激发极化法观测示意图；
[0029] 附图5是本发明电性源感应电磁场监测系统及场强变化示意图；
【具体实施方式】
[0030] 下面结合附图和实施例对本发明作更进一步的说明。
[0031] 如附图1所示，一种多参数电磁法动态监测系统，包括发射装置、一号电极、二号 电极及多通道电磁传感器，发射装置分别与一号电极、二号电极连接，一号电极、二号电极 分别设置在采煤工作面的两侧的巷道中；多通道电磁传感器由测量电极和绕制在测量电极 上的多匝感应线圈组成，多匝感应线圈采用抗压材料密封保护。测量电极设置在采煤工作 面后方的采空区内，采空区区域内的测量电极均匀分布，相互间隔5?10米；测量电极为不 极化电极，采用铁棒电极或磁棒电极。。
[0032] 一种多参数电磁法动态监测系统的方法，包括以下步骤：
[0033] 1)在采煤工作面的两侧的两条巷道中布置好一号电极、二号电极，发射装置所发 射的电源经一号电极、二号电极，向采煤工作面的底板按周期供电，周期大小可调节；并发 射周期性矩形方波，进行测量工作；采用短偏移的方式在采煤工作面后方5?100米的采空 区区域内进行面积性旁线测量，多道同时测量，