矿井物探超前探测数据采集与处理方法.pdf

世界有色金属 2019年 11月上20 测绘技术 Mapping technology 矿井物探超前探测数据采集与处理方法 罗志龙1，龚 珺2 （1 . 江西省地质调查研究院， 江西 南昌 3 3 0 0 3 0 ； 2 . 江西省地质环境监测总站， 江西 南昌 3 3 0 0 0 0 ） 摘 要 矿井物探超前探测技术是一种准确探测巷道前方地质异常体的技术方法， 由于巷道空间小， 干扰因素多， 因此 对于技术的要求更高。 通过对矿井物探超前探测中的数据定位、 图形影像资料数字化、 常规测量数据采集等数据采集方 法及数据预处理、 生成文件、 深度反演、 结果校验等处理方法进行研究， 提高超前探测结果准确性， 保障矿井工作的安 全生产。 关键词 矿井 ； 物探 ； 超前探测 ； 数据采集 中图分类号 P 6 3 1 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 2 - 5 0 6 5（2 0 1 9 ） 2 1 - 0 0 2 0 - 2 Data acquisition and processing of advanced geophysical prospecting in Coal Mine LUO Zhi-long1, GONG Jun2 1 . J i a n g x i G e o l o g i c a l S u r v e y a n d Re s e a r c h I n s t i t u t e , Na n c h a n g 3 3 0 0 3 0 , C h i n a ; 2 . J i a n g x i I n s t i t u t e Of G e o - E n v i r o n me n t Mo n i t o r i n g , Na n c h a n g 3 3 0 0 0 0 , C h i n a Abstract T h e A d v a n c e d D e t e c t i o n T e c h n o l o g y o f mi n e g e o p h y s i c a l p r o s p e c t i n g i s a k i n d o f t e c h n o l o g y t o a c c u r a t e l y d e t e c t t h e g e o l o g i c a l a b n o r ma l b o d y i n t h e f r o n t o f t h e r o a d w a y . T h r o u g h t h e r e s e a r c h o n t h e me t h o d s o f d a t a a c q u i s i t i o n , s u c h a s d a t a l o c a t i o n , d i g i t i z a t i o n o f g r a p h i c a n d i ma g e d a t a , d a t a a c q u i s i t i o n o f c o n v e n t i o n a l s u r v e y d a t a , a n d p r o c e s s i n g me t h o d s s u c h a s D a t a p r e - p r o c e s s i n g , d o c u me n t g e n e r a t i o n , d e p t h i n v e r s i o n , r e s u l t v e r i f i c a t i o n , e t c . T o i mp r o v e t h e a c c u r a c y o f a d v a n c e d d e t e c t i o n r e s u l t s a n d e n s u r e t h e s a f e t y o f mi n e p r o d u c t i o n . Keywords Mi n e ; G e o p h y s i c a l E x p l o r a t i o n ; A d v a n c e d D e t e c t i o n ; d a t a a c q u i s i t i o n 收稿日期 2 0 1 9 - 1 0 作者简介 罗志龙，男，生于1 9 8 4 年，壮族，广西宜州人，硕士研究生， 物探工程师， 研究方向 物探方法技术在金属矿勘查、 地下水资源查找。 矿井物探超前探测方法是在矿井巷道中探查周围空间 不同形态、 不同位置的地质构造的矿井物探发方法之一。 矿 井探测工作中工作环境更加艰苦， 数据的采集要在高温、 高 湿及高噪音的环境中完成， 因此探测人员的劳动强度较大。 同时探测工作面的空间狭窄业限制了传统探测方法的布置 和探测装备的安装， 从而在一定程度上影响探测结果的准确 定。 随着矿山开采逐渐向深部发展， 更高的地应力、 地温及 水压对工作面的探测提出了更加严格的高要求、 如何快速、 安全、 准确的进行数据采集和处理是超前探测方法中最重要 的环节之一。 本文通过对其数据采集及处理方法进行研究， 为提高超前探测的探测精度提供帮助。 1 矿井物探超前探测数据采集 矿井物探超前探测主要是在巷道中利用直接或间接的 方式向巷道掘进方向进行探测， 对于超前探测数据采集可分 为三种， 分别是数据定位、 图形影像资料数字化及常规测量 数据采集， 下面对这三种方法分别进行研究说明。 1.1 数据定位 对数据的定位可借助全球卫星定位系统完成， 这种数据 信息采集的技术具有更高的精准度和更优良的效益。 根据卫 星定位的特点可将采集的数据信息分为直接数据信息和用 户数据信息 [1]。 直接数据信息是利用定位技术对矿井巷道中 地形等数据信息进行采集， 由于矿井周围的边界数据成现状 分布， 因此可以根据边长的长短情况灵活运用定位技术中的 静态和快速静态对边界数据进行采集， 提高数据采集的精准 度。 对于用户数据信息的采集可利用定位技术进行实时的动 态信息获取， 保证测量模式与精准度与定位技术匹配， 对于 不同的坐标系统可以通过转换基准坐标变换投影等方式实 现超前探测要求的数据形式。 1.2 图形影像资料数字化 矿井物探超前探测方法所需的数据资料还可以通过现 有的资料进行采集， 在对应城市及矿产企业中保留着大量的 不同时间、不同比例的矿井地形图、地质图及影像资料等， 将这些资料进行数字化处理也是构成超前探测的重要数据 源之一。 对于现有的图形资料信息可通过扫面数字化和手扶 跟踪数字化的方式转化为数据 ；对于现有的影响资料可通 过扫描数字化的方式完成， 从而为超前探测提供数据信息。 1.3 常规测量数据采集 常规测量数据采集主要是针对各种类型的经纬测量仪 器、 电子速测仪器等设备， 通过设备现实的数据记录及数据 终端转换为数字的形式进行自动的记录矿井中巷道的各项 参数信息，并通过计算机实现对数据的传输和存储[2]。同 时， 对于矿井周围资源及环境的数据信息需要采用相应的地 球物理和地球化学手段进行观测， 并将采集到的数据信息进 行收集， 绘制成相应的数据表格、 数据曲线。 2 矿井物探超前探测数据处理方法 运用矿井物探超前探测采集到的数据信息需要进行相 应的处理才能运用到探测当中， 其处理过程主要包括数据预 处理、 文件生成、 深度反演和结果校验四个步骤， 下面分别 对着四个步骤进行研究， 并将具体的操作步骤进行说明。 2.1 数据预处理 由于矿井中环境较地面更加复杂， 干扰因素更多， 在大 2019年 11月上 世界有色金属21 测绘技术 Mapping technology 多数情况下采集到的数据质量较差。 因此， 应当在尽可能排 除施工干扰的情况下， 对数据进行预处理是十分重要的。 通 过上文采集到的数据信息进行相应的预处理主要是对原始 数据信息进行读取，再通过相应计算得到准确的超前探测 所需的数据信息。预处理的具体操作步骤为 首先选择所 需的数据信息类型，并从相应的文件格式中提取 ；其次将 原始文件资料打开， 并保存在相应位置， 通过相应的软件对 数据进行处理， 并在文件名中标注具体的日期、 相关类型参 数符号等。 2.2 生成文件 在完成数据预处理后还要将相应的数据信息生成固定 的文件格式， 方便探测人员根据现场的信息记录输入正确的 参数信息， 从而实现对各个矿井断面的生成。 具体的操作步 骤为 首先选择经过预处理后的数据所在的文件夹 ；将其 存储为断面文件， 并将预处理后的数据资料形成规定路径的 断面文件 ； 设定对应的参数信息， 例如提取数据中的点数、 测量点间距、 起始点位置、 间隔距离等； 完成断面文件生成。 2.3 深度反演 为了进一步保证超前探测结果的准确性， 还需对生成的 断面文件进行深度反演。 在文件中输入对应的巷道面积、 起 始点转换及转换测点数量等基本参数信息， 并对应其保存格 式进行保存，完成高效的深度反演 [3]。具体的反演步骤为 首先将断面文件打开，软件会自动生成相应的断面测点数 值 ； 输入相应转换参数 ； 将深度断面文件存储， 并将转换后 的文件保存在指定的路径当中 ； 完成对数据的深度转换。 2.4 结果校验 由于在数据采集的过程中， 会受到矿井巷道中金属物质 的电磁场干扰以及人为的施工影响， 导致深度反演后的探测 结果与实际的探测深度可能会存在较大的误差， 因此为了保 证探测结果的准确性， 还需要将其与实际的实验及地质资料 进行校正。 再将校正后的准确结果进行保存。 具体的校验步 骤为 将深度反演的文件打开， 通过软件自动生成测点数 ； 结合矿井现场的实际地质资料输入对应的起始和终止参数 ； 保存对应路径的深度断面文件 ； 完成探测结果校验。 3 结语 通过矿井物探超前探测可以实现矿井物探远程的施工 设计和对物探资料的实时在线分析， 并在一定程度上预测矿 山生产结果，克服了传统物探中工作人员人数及经验的不 足， 以及技术的时效性差等问题。 充分发挥技术人员与先进 技术各自的优势， 推动产前探测的快速发展。 [1] 李国法,朱广辉,孙文斌.矿井物探超前探测数据在线处理与解释系统 研究[J].山东煤炭科技,201908207-209212. [2] 黎林锋.矿井综合物探技术在隐伏含水构造超前探测中的应用效果观察 [J].世界有色金属,2018,4715184-185. [3] 赵 冠 宇 , 王 敬 , 翟 培 合 , 李 常 松 , 刘 乐 军 . 基 于 COMSOL Multiphysics 数值模拟的矿井直流电法超前探测研究 [J]. 煤炭技 术,2018,3708177-179. （上接19页） 2 矿山控制测量技术的应用 将优化后的矿山控制测量技术应用到实际的矿山控制 测量工作当中， 首先需要对矿山的边界线进行调查， 并根据 结果制订出相应的标准、 执行原则及实施方案， 并组织实地 的矿山地质勘查小组， 对规划的矿山边界进行核实 [4]。 若核 实的边界线无误， 则可根据测绘主管部门的相关要求， 进行 测定和埋设工作， 若使用传统的常规方法进行测量会存在较 为明显的劣势。 但选用本文优化后的矿山控制测量技术能够为测绘人 员带来更大的便捷。 与传统测绘方法相比， 大大减少控制测 量工作的工作强度， 提高工作效率。 利用优化后的控制测量技术对矿山地面进行控制测量， 对矿区地形图进行测绘。 首先根据矿山原有的资料进行分析 和统计， 并在保证坐标系统统一、 已知点等级较高的情况下， 在井塔上选取主孔井点， 再利用主要的坐标系统的统一性进 行检查， 再利用载波相位差分技术测量调度， 是孔主井与混 合井两点构成一条基准线， 并将邻近的线段进行连接， 构成 图形， 对该基线机型观察， 观察时间约为2h， 分两个时段进 行观测 [5]。 最终在布置近井网的同时按照全站仪的要求， 在 矿山中选取不受开采影响的基准点，作为测绘图形中的定 点， 将其连接组成已知边。 利用载波相位差分技术控制网对 这些控制点进行控制， 并在后续的测设工作中使用。 在检测 区域内采用载波相位差分技术进行界桩的测设， 并对其测设 点进行校正， 设置少于4个的已知点数， 并与基准点之间保 持不超过6km的距离范围内，利用载波相位差分技术中的 控制平面测量将最终的测绘信息转化为平面坐标的形式， 并 完成后续的测绘工作。 3 结语 通过对矿山控制测量技术进行优化实施， 并将其应用与 实际的矿山测绘当中， 通过研究证明， 将优化后的控制测量 技术替代原有的测量技术， 能够有效提高测绘工作的效率。 并且， 现代化的控制测量技术在矿山测量中的应用一方面需 要矿山企业领导的高度认识， 另一方面需要相关技术人员的 能力不断提高， 只有这样才能做到更加数字化的矿山建设， 提高矿山企业的安全性的同时， 提升生产工作的效率， 从而 促近矿山企业的可持续发展。 [1] 陈坦.GPS-RTK技术在矿山测量中的技术应用浅析[J].世界有色金 属,2018,3819029-030. 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