大扇面矿井工作面无线电波坑透系统和方法与流程

本发明属于矿井勘探技术领域，具体涉及一种可以提高探测区域纵向分辨率的大扇面矿井工作面无线电波坑透系统和方法。

背景技术：

20世纪70年代开始，国内针对矿井工作面无线电波坑透仪展开了相关的研究与开发，在采面探测矿井工作面内部存在的隐蔽性陷落柱方面取得了一定成果。随着现代化矿井的建设，地质精细化探测技术是矿井高效安全生产的保障。无线电波坑透技术已经广泛运用到了矿井回采工作面的构造探测，但是无线波坑透技术对陷落柱纵向分辨率低的弊端越来越不适用于现代化的矿井，如图1所示，现有技术中常规的坑透一般采用定点法，即一台发射机在一条巷道发射，一台接收机在另一条巷道接收，然后移动发射机同时移动接收机后，重新接收。该系统虽然具有井下条件适应性强、性能稳定、数据可靠等优势。但是，由于目前常规坑透观测系统的接收面小、透射距离短，探测成果的纵向分辨率较差的缺点，如图2所示，现有系统的坑透系统的圈定异常多呈现为矩形条带，严重制约了矿井坑透方法的使用与推广。

技术实现要素：

本发明克服现有技术存在的不足，所要解决的技术问题为：提供一种大扇面矿井工作面无线电波坑透系统，以提高矿井坑透的纵向分辨率。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：一种大扇面矿井工作面无线电波坑透系统，包括发射机、接收总站、中继站和多台接收机，所述发射机设置在矿井发射巷道中的发射点位置，所述多台接收机布设在矿井接收巷道的多个接收点处，用于接收所述发射机发出的信号；所述接收机之间通过通信线缆依次连接后与接收总站连接，所述中继站间隔设置在接收机之间，用于提高接收机之间的通信质量和速度；发射点的发射机发射信号时，多个接收点的接收机同时接收该发射机所发射的信号。

所述接收点的间隔为10m，接收距离一般为切眼宽度的2倍。

矿井巷道中设置有多个发射点，所述发射点的间隔为30~50米不等，发射机依次在各个发射点发射信号。

所述中继站的设置间隔为200m。

所述的一种大扇面矿井工作面无线电波坑透系统，还包括多个本安型电源，每5个所述接收机共用一个本安型电源。

所述发射机的发射频率为：80khz、160khz、300khz、500khz、1000khz，与接收总站时间同步，射频功率：≤10w，有效透距达500米；所述接收机的接收频率为：80khz、160khz、300khz、500khz、1000khz，采样率为：40mhz，所述接收总站包括fpga处理器、存储器、显示器和rs485通讯模块，所述中继站用于收发接收机的rs485总线信号。

本发明还提供了一种大扇面矿井工作面无线电波坑透方法，采用所述的一种大扇面矿井工作面无线电波坑透系统，包括以下步骤：

s1、在矿井发射巷道中安装接收机和中继站，使其相互连接后与接收总站连接；同时对发射机与接收总站进行时间校正；

s2、将发射机固定在矿井接收巷道的发射点处，使其持续发射信号30s，通过接收总站记录每个接收机接收的场强值；

s3、关闭发射机和接收机，将发射机移动到下一发射点固定，重复步骤s2的测量，直至遍历所有发射点；

s4、对换发射巷道和接收巷道，重复步骤s1~s3的测量。

本发明与现有技术相比具有以下有益效果：本发明提供了一种大扇面矿井工作面无线电波坑透系统，其通过采用“一发同时多收”的观测系统，圈定的陷落柱形态与实际回采揭露的陷落柱大小形态基本相似，x1陷落柱的反演结果，范围、位置准确，纵向精准度良好，提高了隐蔽性陷落柱的探测结果的纵向分辨率。

附图说明

图1为现有技术中的矿井工作面无线电波坑透系统的结构示意图；

图2为现有技术中的矿井工作面无线电波坑透系统的观测结果图；

图3为本发明实施例提供的一种大扇面矿井工作面无线电波坑透系统的结构示意图；

图4为本发明实施例的工作原理示意图；

图5为通过现有技术和本发明对某煤矿进行坑透测量得到的结果示意图。

图中：1为发射机，2为发射机发射线圈，3为接收机，4为中继站，5为本安电源，6为接收总站，7为回风巷，8为切眼，9为运输顺槽巷，10为回风顺槽巷，11为发射点，12为接收点，13为坑透场强射线。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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作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。

如图3所示，本发明实施例提供了一种大扇面矿井工作面无线电波坑透系统，包括发射机1、接收总站6、中继站4和多台接收机3，所述发射机1设置在矿井发射巷道中的发射点11位置，所述多台接收机1布设在矿井接收巷道的多个接收点12处，所述接收机3之间通过通信线缆依次连接后与接收总站6连接，所述中继站4间隔设置在接收机3之间，用于提高接收机3之间的通信质量和速度。发射点的发射机1发射信号时，多个接收点的接收机3同时接收该发射机1所发射的信号。

本发明通过增大无线电波坑透仪发射机功率，增加透射距离，通过布置多个接收机同时接收场强，扩大接收角度和面积，最终达到高分辨率圈定工作面内陷落柱的目的。本发明的坑透系统在一条巷道发射，另一条巷道接收，发射点间距一般为30m~50m不等，根据现场条件确定，接收点间距为10m。

本发明实施例中，为了保证通信质量和速度，多台接收机之间通过通信线进行连接，最终连接到接收总站上，为了保证通信质量和速度，每隔200m使用一台中继站相连来增加通讯信号强度，每5个接收机共用一个本安型电源；发射机固定在发射点处持续发射信号30s，移动到下一发射点；接收总站记录每个接收机接收的场强值。观测系统一般采用定点发射，每个发射点发射信号时，多个接收点同时接收该点所发射的信号，接收距离一般为切眼宽度的2倍。

具体地，本实施例中，发射机采用大功率多频发射机，其发射频率为：80khz、160khz、300khz、500khz、1000khz，与接收总站时间同步，射频功率：≤10w，有效透距达500米；所述接收机的接收频率为：80khz、160khz、300khz、500khz、1000khz，具有五选一程控开关切换，采样率：40mhz，内存：32mb动态sdram，存储：64mbqspi专用高速存储器，电源控制：键盘+程控，通讯方式为rs485。所述接收总站包括arm+fpga，fpga为niosii/f专用soc微处理器，内存：64mb动态sdram，存储：512mbnand存储器，显示器为7.0英寸真彩tft液晶，通讯模块包括rs485通讯模块和usb模块，接收系统可靠。中继站用于收发接收机的rs485总线信号。本安型电源用于给接收机、中继站供电，可连续稳定供电8小时。

此外，本发明实施例还提供了一种大扇面矿井工作面无线电波坑透方法，采用所述的一种大扇面矿井工作面无线电波坑透系统，包括以下步骤：

s1、在矿井发射巷道中安装接收机和中继站，使其相互连接后与接收总站连接；同时对发射机与接收总站进行时间校正；

s2、将发射机固定在矿井接收巷道的发射点处，使其持续发射信号30s，通过接收总站记录每个接收机接收的场强值；

s3、关闭发射机和接收机，将发射机移动到下一发射点固定，重复步骤s2的测量，直至遍历所有发射点；

s4、对换发射巷道和接收巷道，重复步骤s1~s3的测量。

本发明实施例中，系统设备安装之前先进行发射主机和接收总机的时间校正，保证发射主机和接收总机的时间一致，用时间来区分每个接收子站接收的数据，也是每个数据的接收位置。

设备调试好之后进行数据采集工作，分别控制发射机和接收总站进行工作，每个发射点发射时间设定为30s，在30s之内每个接收机同时接收信号，通过中继站和通信线传输到接收总站上。当上述发射点发射结束后，关闭发射机，然后用1分钟的时间移动到下一个发射点，然后继续发射；接收总站控制每个接收机，在1分钟搬站过程中停止接收数据，1分钟时间过后自动开始接收信号。为了使采集的数据更加精确，通常对换发射和接收巷道，再进行一次数据采集。完成两轮数据采集后，井下数据采集工作结束。由于通过接收机处理数据为本领域的常规技术，因此在此不做赘述。

以某煤矿的回采工作面为例。如图5中a所示，通过现有的观测系统和方法圈定的陷落柱为条带状异常，但纵向分辨不出具体陷落柱的位置，图中圈定x1陷落柱为矿方回采后的陷落柱的大小和位置。如图5中b所示，为通过本发明对该煤矿进行坑透测量得到的结果示意图，从图中可以看出，本发明圈定的陷落柱基本与实际回采揭露（圈定x1）的陷落柱大小和形态基本一致，有效的解决了陷落柱纵向分辨率的问题。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。