阅读说明：本技术 一种地下隐伏病害精准探查方法及装置 (The accurate method for surveying of disease and device are lain concealed in a kind of underground ) 是由 吕祥锋 周宏源 张硕 杨晓辉 王涛 黄景琦 刘力源 周毅 于 2019-08-20 设计创作，主要内容包括：本发明实施例公开了一种地下隐伏病害精准探查方法,包括确定采空区、布置地震波激励网阵、成像分析、优化钻孔点设置和确定采空区范围五个步骤；其探查装置包括地震散射装置和钻孔数字成像装置；地震散射装置的信号收集装置根据土地岩性和水文分布情况布局成地震波激励网阵,由地震波激励网阵采集不同地震散射剖面数据处理后合成地震散射三维正交立体图；利用钻孔数字成像装置的探测装置用于逐个探测经地震散射三维正交立体图确定的优化采空区,经微型计算器处理后重构采空区三维分布立体图；其探查方法。本发明操作方便、方法简单,探查结果可靠,适用于资源抽、开采后城市沉陷、矿山塌陷等遗留空区快速、精准探明。(The embodiment of the invention discloses a kind of undergrounds to lie concealed the accurate method for surveying of disease, including determines goaf, arrangement earthquake wave excitation net battle array, imaging analysis, the setting of optimization boring point and determine five steps of goaf range；Its prospecting apparatus includes seismic scattering device and drilling digital imaging apparatus；The signal collection device of seismic scattering device is laid out in earthquake wave excitation net battle array according to soil lithology and hydrology distribution situation, synthesizes seismic scattering three-dimensional orthogonal perspective view after acquiring the data processing of different earthquake scattering cross section by earthquake wave excitation net battle array；Using the detection device of drilling digital imaging apparatus for detecting the optimization goaf determined through seismic scattering three-dimensional orthogonal perspective view one by one, distributed in three dimensions perspective view in goaf is reconstructed after micro calculator is handled；Its method for surveying.Operation of the present invention is convenient, method is simple, and probe result is reliable, takes out suitable for resource, city depression, cave-in areas etc. are left dead zone and quickly, precisely verified after exploitation.)

一种地下隐伏病害精准探查方法及装置

技术领域

本发明实施例涉及地下灾害探查装置技术领域，具体涉及一种地下隐伏病害精准探查方法及装置。

背景技术

国内外采空区的探测主要有地震和电磁两种技术。地震方法主要是二维和三维反射地震；电磁法包括：CSAMT、瞬变电磁、高密度电法、电导率等。地震方法的突出优点是分辨率高、探测深度大、定位准确，是采空区探测的首选方法。电磁方法不适合地层含水率低或缺水地层采空区探测，其结果存在准确率低和局限性。目前地震方法建立在反射地震理论基础之上，没有电磁法应用广泛，除了工作费用较高因素外，还与地震反射法的局限性有关。

钻孔勘探法是一种最为直观的探测方法，但钻孔钻探毕竟是“一孔之见”，控制范围小、难以快速探明地下隐伏病害的缺点也显而易见。钻孔数字成像技术可有效弥补以上不足，利用数字扫描成像技术，可对采空区精细探测，快速构建钻孔采空区三维分布体，确定采空区位置分布、体积，并进行采空区范围的界定。

发明内容

为此，本发明实施例提供一种地下隐伏病害精准探查方法及装置，以解决现有技术中难以快速探明地下隐伏病害的问题。

为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：

在本发明实施例的第一个方面，提供了一种地下隐伏病害精准探查方法，包括如下步骤：

S100、确定采空区：搜集、分析工程地质及水文地质工作成果，选取资源抽、开采严重区域，确定采空区岩性以及水文分布状况；

S200、布置地震波激励网阵：结合上述采空区岩性以及水文分布特性，计算地震散射网格间距，从而布置地震波激励网阵；

S300、成像分析：采用浅层地震散射技术，利用地震波激励网阵采集不同地震散射剖面数据，并采用合成孔径偏移成像技术，建立地震散射三维正交立体图，分析地层、断裂构造和采空区分布；

S400、优化钻孔点设置：根据已构建的地震散射三维正交立体图，确定疑似采空区具***置和分布情况，根据最大采空区优先原则，优化钻孔点设置；

S500、确定采空区范围：利用钻孔数字成像装置，重构采空区三维分布体图，分析采空区分布和体积等信息，查明采空区的具***置及其范围。

本发明实施例的特征还在于，所述S200中，地震散射网格间距的计算方法如下：λ＝V·T，取λ/3为地震散射网格间距，其中λ为波长，V为波速，T为周期。

本发明实施例的特征还在于，砂、泥岩波速取V＝2000m/s～3000m/s，周期T取0.002s，地震散射网格间距取1.5m。

本发明实施例的特征还在于，所述S500中，钻孔数字成像装置测量的范围为100m，精度为5cm，旋转速率60度每秒。

在本发明实施例的第二个方面，提供了一种地下隐伏病害精准探查装置，包括地震散射装置和钻孔数字成像装置；

所述地震散射装置包括信号收集装置以及信号处理装置，所述信号收集装置根据土地岩性和水文分布情况布局成地震波激励网阵，由所述地震波激励网阵采集不同地震散射剖面数据后经信号处理装置处理并通过成像装置合成地震散射三维正交立体图；

所述钻孔数字成像装置包括探测装置、微型计算器以及成像显示装置，所述探测装置用于逐个探测经地震散射三维正交立体图确定的优化采空区，所述微型计算器用于接收并处理探测装置的探测数据，所述探测数据经成像显示装置重构采空区三维分布立体图。

本发明实施例的特征还在于，所述优化采空区利用最大采空区优先原则，包括若干逐渐减小的标定待测采空区。

本发明实施例的特征还在于，所述地震波激励网阵包括若干用于发射信号的炮点装置以及若干用于采集所述炮点装置散射后信号的检波器。

本发明实施例的特征还在于，所述检波器和炮点装置均呈沿纵、横两个正交方向布设的测线形，相邻两个所述检波器之间的距离为2m～4m，相邻两个所述炮点装置之间的距离为6m～8m。

本发明实施例的特征还在于，所述检波器包括24条通道，采样间隔20微秒，采样长度120K。

本发明实施例的特征还在于，所述探测装置包括激光探头以及连接所述激光探头上端的线缆，所述线缆的端部连接有定向杆，所述定向杆上设置有微调罗盘，用于调节激光探头角度位置。

本发明实施例具有如下优点：

本发明采用浅层地震散射和钻孔数字成像技术，首先确定地震散射网格间距，布设若干测线形成地震波激励网阵；通过激震获得每条测线的地震散射地层剖面数据，生成地震散射三维正交立体图；进而以最大采空区优先钻探为原则优化钻探工程钻孔点设置；接下来利用钻孔进行数字成像扫描，获得钻孔数字图像及数据结果，得到采空区具体分布和体积等信息；最后，查明采空区的位置及范围界定；该探查装置操作方便、方法简单，探查结果可靠，适用于资源抽、开采后城市沉陷、矿山塌陷等遗留空区快速、精准探明。

附图说明

为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述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示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。

本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。

图1为本发明的整体结构示意图；

图2为本发明的地震波激励网阵的结构示意图；

图3为本发明的探测装置的结构示意图；

图4为本发明的探查方法的流程图。

图中：

1-地震散射装置；2-钻孔数字成像装置；3-成像装置；4-优化采空区；

101-信号收集装置；102-信号处理装置；103-地震波激励网阵；104-地震散射三维正交立体图；105-炮点装置；106-检波器；

201-探测装置；202-微型计算器；203-成像显示装置；204-激光探头；205-线缆；206-定向杆；207-微调罗盘。

具体实施方式

以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例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。

本发明的目的是针对资源抽、开采后城市沉陷、矿山塌陷等危害城市安全和矿山生产的问题以及目前采空区精准探明的主要难题，提供一种基于浅层地震散射和钻孔数字成像技术的资源抽开采地下隐伏病患快速精准探查装置及方法，具体的：

实施例1：

如图4所示，本发明提供了一种地下隐伏病害精准探查方法，包括如下步骤：

S100、确定采空区：搜集、分析工程地质及水文地质工作成果，选取资源抽、开采严重区域，确定采空区岩性以及水文分布状况；

S200、布置地震波激励网阵：结合上述采空区岩性、水文分布特性以及地震散射技术基本参数计算地震散射网格间距，沿纵、横两个正交方向布设若干测线形成地震波激励网阵；地震散射网格间距的计算方法如下：λ＝V·T，取λ/3为地震散射网格间距，其中λ为波长，V为波速，T为周期。优选的，砂、泥岩波速取V＝2000m/s～3000m/s，周期T取0.002s，地震散射网格间距取1.5m。

S300、成像分析：采用浅层地震散射技术，利用地震波激励网阵采集不同地震散射剖面数据，即根据每条测线的地震散射地层剖面数据，并采用合成孔径偏移成像技术，建立地震散射三维正交立体图，分析地层、断裂构造和采空区分布；

S400、优化钻孔点设置：根据已构建的地震散射三维正交立体图，确定疑似采空区具***置和分布情况，根据最大采空区优先原则，优化钻孔点设置，减少钻孔工程量，具体的：

最大采空区优先原则中各个采空区的优先级可采用如下计算方式：y＝a(mx1+nx2)，其中y为优先级综合参数，a为环境系数，m为孔径系数，n为孔深系数，x1为采空区平均孔径，x2为采空区的平均深度。具体的：

Y值越大的采空区被定位为优先采空区；

a主要根据待测区的土地岩性和水文分布情况确定的系数，考虑到不同环境的采空区的普氏硬度、松散系数等参数具有差异，因此在确定优先采空区时要综合考虑以上因素。

同时，优先采空区不能简单的通过采空区的体积确定。要综合考虑采空区孔深以及孔径的变化。以便对采空区的优先级评估更加科学规范。

S500、确定采空区范围：利用钻孔数字成像装置，重构采空区三维分布体图，分析采空区分布和体积等信息，查明采空区的具***置及其范围。钻孔数字成像装置测量的范围优先为100m，精度为5cm，旋转速率60度每秒。

该探查方法操作方便、方法简单，探查结果可靠，适用于资源抽、开采后城市沉陷、矿山塌陷等遗留空区快速、精准探明。

实施例2：

如图1至图3所示，本发明提供了一种地下隐伏病害精准探查装置，包括地震散射装置1和钻孔数字成像装置2。

地震散射装置1包括信号收集装置101以及信号处理装置102，信号收集装置101根据土地岩性和水文分布情况布局成地震波激励网阵103，由地震波激励网阵103采集不同地震散射剖面数据后经信号处理装置102处理并通过成像装置3合成地震散射三维正交立体图104；

钻孔数字成像装置2包括探测装置201、微型计算器202以及成像显示装置203，探测装置201用于逐个探测经地震散射三维正交立体图104确定的优化采空区4，微型计算器202用于接收并处理探测装置201的探测数据，探测数据经成像显示装置203重构采空区三维分布立体图。

优选的，优化采空区4利用最大采空区优先原则，包括若干逐渐减小的标定待测采空区。有利于节约钻孔数字成像装置2的探测时间，提高探测效率。

地震波激励网阵103包括若干用于发射信号的炮点装置105以及若干用于采集炮点装置105散射后信号的检波器106。优选的，检波器106和炮点装置105均呈沿纵、横两个正交方向布设的测线形，相邻两个检波器106之间的距离为2m～4m，相邻两个炮点装置105之间的距离为6m～8m。检波器106包括24条通道，采样间隔20微秒，采样长度120K。

其中，探测装置201包括激光探头204以及连接激光探头204上端的线缆205，线缆205的端部连接有定向杆206，定向杆206上设置有微调罗盘207，用于调节激光探头204角度位置。利用定向杆206调节线缆205下方连接的激光探头204的大致位置，并借用微调罗盘207进一步精确调节位置。

虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。