一种矿井回采区灾害源的地质雷达层析探测方法

摘要

本发明涉及一种矿井回采区灾害源的地质雷达层析探测方法，属于地球物理探测技术领域，该方法包括：确定发射点、接收点位置；对选定的探测剖面进行地质雷达层析探测；对剖面进行网格划分；构造波速层析的反演方程组；确定探测剖面的波速分布；做出探测剖面波速分布的等值线图，识别灾害源的空间位置和特征属性。本发明实现了快速、准确、无损地探测现代化矿井回采区的灾害源信息，对井下的安全开采具有指导作用。

主权项

1.一种矿井回采区灾害源的地质雷达层析探测方法，其特征在于，所述方法包含如下步骤：a、确定发射点、接收点位置：沿探测区域两侧的巷道布置两条长度、高度均相等，且长度不超过400米的测线，测线距巷道地面高度一般为煤层高度的1/4～3/4；将每一条测线等距划分为k段，每段的长度即为探测精度D，D的最小值为探测剖面沿回采方向长度的1/100，D的最大值不应超过10米；选取两测线中任一测线布置发射点Tr_i，i=1,2,…,k，发射点位置在该测线中各个段的中点；在另一测线上按相同方法布设接收点Re_i，i=1,2,…,k，接收点与发射点个数相同、位置对称；b、对两条测线间的探测剖面进行地质雷达层析探测：将地质雷达的发射天线置于发射点Tr₁，接收天线置于接收点Re₁，采集第一道射线的走时数据t₁₁，发射天线不动，沿回采方向移动接收天线，在每个接收点采集与Tr₁对应射线的走时数据t_1j，其中j表示接收点的编号，j=1,2,…,k；移动发射天线置于发射点Tr₂，重复以上过程，得到与发射点Tr₂对应的数据t_2j；依次类推，在各个发射点重复上述过程，共采集k²道电磁波射线的走时数据，得到发射天线到接收天线的走时向量T=(t₁₁,t₁₂,…,t₂₁,t₂₂,…,t_nn)^T；c、对探测剖面进行网格划分：为了将整个区域的波速分布离散化，转化为求取每个网格的波速值，在以两个测线为对边的长方形内以边长D绘制正方形网格，一共有n个网格，并且各发射点与接收点均位于其所在网格的所在边的中点，每一条射线从发射点到接收点的走时即为该射线在其经过的各个网格的走时之和；对网格进行编号，以Tr₁所在网格为起始，编号为1，然后以Tr₁至Re₁所在直线为行，以Tr₁至Tr_k为列，逐行依次编号，至Re_k所在网格为止；d、构造波速层析的反演方程组：计算每一道射线在各个网格内的长度，每一条射线从发射点到接收点的总路程即为该射线在其经过的各个网格的长度之和，每一道射线的数据组成一个行向量，共k²个行向量，构成系数矩阵L；待求解的向量S为每个网格中介质的电磁波波速平均值的倒数，T为步骤b中采集到的走时向量，由此构造出波速层析的反演方程组LS=T：$S=\left(\begin{array}{c}{s}_1\\ s_2\\ .\\ .\\ .\\ s_n\end{array}\right)T=\left(\begin{array}{c}{t}_1\\ t_2\\ .\\ .\\ .\\ t_m\end{array}\right),m=k^2;$e、确定探测剖面的波速分布：利用计算机求解步骤d中构造的反演方程组，通过迭代计算求出满足min||LS-T||₂的解向量S；根据公式：计算出各网格的波速v_c，c代表网格编号；f、绘制探测剖面波速分布的等值线图，确定灾害源的空间位置和特征属性：建立256色阶表，对步骤e中得到的各网格波速进行彩色剖面成像得到探测剖面波速分布的等值线图，波速异常区域的位置即为灾害源的空间位置，根据波速数值判断异常区域的特征属性。