【技術(shù)實(shí)現(xiàn)步驟摘要】
本專利技術(shù)屬于礦井物探，尤其涉及一種煤礦掘進(jìn)工作面跨孔雷達(dá)透視數(shù)據(jù)處理方法及系統(tǒng)。
技術(shù)介紹
1、煤礦掘進(jìn)工作面是指在煤礦開采過程中，用于挖掘新巷道或延長已有巷道的工作區(qū)域，在這個(gè)過程中，為了確保巷道安全掘進(jìn)，需要對掘進(jìn)工作面前方潛在的災(zāi)害地質(zhì)體進(jìn)行詳細(xì)的探測。
2、跨孔雷達(dá)透視是一種孔間精細(xì)探測技術(shù)，跨孔雷達(dá)通常基于多個(gè)入射角度的透視波實(shí)測場強(qiáng)值，采用層析成像算法反演探測區(qū)域內(nèi)部雷達(dá)波的吸收系數(shù)分布。常規(guī)的跨孔雷達(dá)探測時(shí)發(fā)射孔和接收孔軌跡為相互平行的直線，探測區(qū)域可以假定為簡單的矩形或梯形，在構(gòu)建探測區(qū)域時(shí)僅需考慮鉆孔深度而無需考慮鉆孔軌跡，且在雷達(dá)波吸收系數(shù)層析成像過程中忽略天線方向因子的影響，即不考慮發(fā)射天線、接收天線與鉆孔軌跡夾角的變化。
3、煤礦掘進(jìn)工作面鉆探為了達(dá)到控制巷道輪廓線外地質(zhì)情況的目的，鉆孔一般呈“八”字形布置，因此，煤礦掘進(jìn)工作面跨孔雷達(dá)的發(fā)射孔與接收孔軌跡并不平行，在數(shù)據(jù)處理時(shí)必須根據(jù)發(fā)射孔與接收孔的鉆孔軌跡構(gòu)建真實(shí)的孔間探測區(qū)域，此外，由于煤礦掘進(jìn)工作面發(fā)射孔與接收孔間距小，采用扇形觀測方式時(shí)，不同射線的角度變化大，天線方向因子對成像結(jié)果有顯著影響。
技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路
1、本專利技術(shù)所解決的技術(shù)問題在于提供一種煤礦掘進(jìn)工作面跨孔雷達(dá)透視數(shù)據(jù)處理方法及系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有的煤礦掘進(jìn)工作面跨孔雷達(dá)層析成像因雷達(dá)波吸收系數(shù)不準(zhǔn)確導(dǎo)致的探測精度不佳的問題。
2、本專利技術(shù)提供的基礎(chǔ)方案：一種煤礦掘進(jìn)工作面跨孔雷達(dá)透視數(shù)據(jù)處理方法及系統(tǒng)
3、s1：獲取煤礦掘進(jìn)工作面中鉆設(shè)的發(fā)射孔軌跡和接收孔軌跡，構(gòu)建真實(shí)的孔間探測區(qū)域；
4、s2：根據(jù)預(yù)設(shè)的觀測系統(tǒng)，在孔間探測區(qū)域中繪制雷達(dá)射線，并獲取每條雷達(dá)射線的路徑值，以及每條雷達(dá)射線與發(fā)射孔內(nèi)發(fā)射天線的方向因子、每條雷達(dá)射線與接收孔內(nèi)接收天線的方向因子；
5、s3：基于孔間探測區(qū)域幾何形狀、雷達(dá)射線路徑、發(fā)射天線方向因子、接收天線方向因子構(gòu)建雷達(dá)波能量衰減方程組，并對雷達(dá)波能量衰減方程組進(jìn)行聯(lián)合迭代求解，獲得掘進(jìn)工作面孔間探測區(qū)域內(nèi)的雷達(dá)波吸收系數(shù)分布。
6、進(jìn)一步，所述s1包括：
7、s1-1：使用鉆孔軌跡儀采集煤礦掘進(jìn)工作面中鉆設(shè)的發(fā)射孔和接收孔的軌跡數(shù)據(jù)；
8、s1-2：將軌跡數(shù)據(jù)進(jìn)行預(yù)處理，生成煤礦掘進(jìn)工作面真實(shí)的孔間探測區(qū)域。
9、進(jìn)一步，所述s2包括：
10、s2-1：在發(fā)射孔內(nèi)布設(shè)發(fā)射天線，接收孔內(nèi)布設(shè)接收天線，根據(jù)預(yù)設(shè)的觀測系統(tǒng)，采集發(fā)射天線向接收天線透射的脈沖雷達(dá)波透視數(shù)據(jù)，并在孔間探測區(qū)域中繪制雷達(dá)射線；
11、s2-2：將孔間探測區(qū)域進(jìn)行網(wǎng)格化，生成若干網(wǎng)格單元，并計(jì)算每一雷達(dá)射線的路徑在孔間探測區(qū)域中所穿過網(wǎng)格單元的截線長度，計(jì)算雷達(dá)射線路徑值；
12、s2-3：提取每一雷達(dá)射線在孔間探測區(qū)域中分別與發(fā)射孔軌跡和接收孔軌跡的夾角，并根據(jù)每一雷達(dá)射線與發(fā)射孔軌跡的夾角計(jì)算發(fā)射天線方向因子，以及根據(jù)每一雷達(dá)射線與接收孔軌跡的夾角計(jì)算接收天線方向因子。
13、進(jìn)一步，所述s2-2中，雷達(dá)射線路徑值計(jì)算公式為：
14、
15、其中，ri表示第i條射線的路徑值(m)，lij表示第i條射線在第j個(gè)網(wǎng)格單元內(nèi)的截線長度(m)，j表示雷達(dá)射線穿過的網(wǎng)格單元，n表示穿過網(wǎng)格單元數(shù)量。
16、進(jìn)一步，所述s3包括：
17、s3-1：基于孔間探測區(qū)域幾何形狀、雷達(dá)射線路徑、發(fā)射天線方向因子、接收天線方向因子構(gòu)建雷達(dá)波能量衰減方程，所述雷達(dá)波能量衰減方程表達(dá)式為：
18、
19、其中，β表示掘進(jìn)工作面內(nèi)介質(zhì)對雷達(dá)波的吸收系數(shù)(np/m)，sinθ1表示發(fā)射天線方向因子，sinθ2表示接收天線方向因子，r表示雷達(dá)射線路徑(m)，e0表示發(fā)射點(diǎn)場強(qiáng)(v/m)，er表示接收點(diǎn)場強(qiáng)(v/m)；
20、s3-2：根據(jù)每條雷達(dá)射線在發(fā)射點(diǎn)和接收點(diǎn)的場強(qiáng)值，建立雷達(dá)波能量衰減方程組；
21、s3-3：通過聯(lián)合迭代法求解雷達(dá)波能量衰減方程組，生成掘進(jìn)工作面孔間探測區(qū)域內(nèi)的雷達(dá)波吸收系數(shù)分布結(jié)果。
22、一種煤礦掘進(jìn)工作面跨孔雷達(dá)透視數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，應(yīng)用于上述的一種煤礦掘進(jìn)工作面跨孔雷達(dá)透視數(shù)據(jù)處理方法及系統(tǒng)，包括：
23、孔間探測區(qū)域構(gòu)建模塊，用于根據(jù)采集的煤礦掘進(jìn)工作面中鉆設(shè)的發(fā)射孔軌跡和接收孔軌跡，構(gòu)建真實(shí)的孔間探測區(qū)域；
24、雷達(dá)數(shù)據(jù)處理模塊，用于根據(jù)預(yù)設(shè)的觀測系統(tǒng)，采集發(fā)射天線向接收天線透射的脈沖雷達(dá)波透視數(shù)據(jù)，在孔間探測區(qū)域中繪制雷達(dá)射線，并計(jì)算每條雷達(dá)射線的路徑值，以及每條雷達(dá)射線與發(fā)射孔內(nèi)發(fā)射天線的方向因子、每條雷達(dá)射線與接收孔內(nèi)接收天線的方向因子；
25、雷達(dá)波吸收系數(shù)分布分析模塊，用于基于孔間探測區(qū)域幾何形狀、雷達(dá)射線路徑、發(fā)射天線方向因子、接收天線方向因子構(gòu)建雷達(dá)波能量衰減方程組，并對雷達(dá)波能量衰減方程組進(jìn)行聯(lián)合迭代求解，獲得掘進(jìn)工作面孔間探測區(qū)域內(nèi)的雷達(dá)波吸收系數(shù)分布。
26、本專利技術(shù)的原理及優(yōu)點(diǎn)在于：在本申請中，首先采集煤礦掘進(jìn)工作面中發(fā)射孔和接收孔的鉆孔軌跡，以此生成真實(shí)的孔間探測區(qū)域，隨后根據(jù)預(yù)設(shè)的觀測系統(tǒng)，采集發(fā)射天線向接收天線透射的脈沖雷達(dá)波透視數(shù)據(jù)，在孔間探測區(qū)域中繪制雷達(dá)射線，基于繪制的雷達(dá)射線計(jì)算得到雷達(dá)射線路徑值，并基于雷達(dá)射線分別與發(fā)射孔軌跡和接收孔軌跡的夾角，計(jì)算發(fā)射天線方向因子和接收天線發(fā)射因子，最后基于孔間探測區(qū)域幾何形狀、雷達(dá)射線路徑、發(fā)射天線方向因子、接收天線方向因子等因素構(gòu)建雷達(dá)波能量衰減方程組，通過聯(lián)合迭代反演得到掘進(jìn)工作面孔間探測區(qū)域內(nèi)的雷達(dá)波吸收系數(shù)分布結(jié)果，以此，提高煤礦掘進(jìn)工作面孔間探測區(qū)域內(nèi)雷達(dá)波吸收系數(shù)的反演精度。
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1.一種煤礦掘進(jìn)工作面跨孔雷達(dá)透視數(shù)據(jù)處理方法及系統(tǒng)，其特征在于：包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤礦掘進(jìn)工作面跨孔雷達(dá)透視數(shù)據(jù)處理方法及系統(tǒng)，其特征在于：所述S1包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種煤礦掘進(jìn)工作面跨孔雷達(dá)透視數(shù)據(jù)處理方法及系統(tǒng)，其特征在于：所述S2包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種煤礦掘進(jìn)工作面跨孔雷達(dá)透視數(shù)據(jù)處理方法及系統(tǒng)，其特征在于：所述S2-2中，雷達(dá)射線路徑值計(jì)算公式為：
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的一種煤礦掘進(jìn)工作面跨孔雷達(dá)透視數(shù)據(jù)處理方法及系統(tǒng)，其特征在于：所述S3包括：
6.一種煤礦掘進(jìn)工作面跨孔雷達(dá)透視數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)，應(yīng)用于如上權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的一種煤礦掘進(jìn)工作面跨孔雷達(dá)透視數(shù)據(jù)處理方法及系統(tǒng)，其特征在于：包括：
【技術(shù)特征摘要】
1.一種煤礦掘進(jìn)工作面跨孔雷達(dá)透視數(shù)據(jù)處理方法及系統(tǒng)，其特征在于：包括：
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種煤礦掘進(jìn)工作面跨孔雷達(dá)透視數(shù)據(jù)處理方法及系統(tǒng)，其特征在于：所述s1包括：
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種煤礦掘進(jìn)工作面跨孔雷達(dá)透視數(shù)據(jù)處理方法及系統(tǒng)，其特征在于：所述s2包括：
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種煤礦掘進(jìn)工作面跨孔雷...
【專利技術(shù)屬性】
技術(shù)研發(fā)人員：唐申強(qiáng)，胡運(yùn)兵，康躍明，段天柱，袁永榜，蘇朝暉，孫中光，何昭友，胡萬利，王胡日查，鄧劉洋，崔少北，易洪春，閆國才，雷凱麗，
申請(專利權(quán))人：中煤科工集團(tuán)重慶研究院有限公司，
類型：發(fā)明
國別省市：
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