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CN110967773B - 煤层内部富水性计算方法、装置及电子设备 - Google Patents

煤层内部富水性计算方法、装置及电子设备 Download PDF

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CN110967773B
CN110967773B CN201911344536.4A CN201911344536A CN110967773B CN 110967773 B CN110967773 B CN 110967773B CN 201911344536 A CN201911344536 A CN 201911344536A CN 110967773 B CN110967773 B CN 110967773B
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coal seam
electromagnetic wave
attenuation coefficient
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Research Institute of Coal Geophysical Exploration of China National Administration of Coal Geology
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Abstract

本发明提供了一种煤层内部富水性计算方法、装置及电子设备，涉及煤层富水性技术领域，包括利用地面瞬变电磁法获取归一化感应电压值；根据归一化感应电压值计算视电导率；利用无线电磁波透视法获取电磁波场强；根据电磁波场强计算衰减系数；根据视电导率和衰减系数计算得到煤层介电常数；根据煤层介电常数确定煤层内部富水性。本发明可以有效提高煤层富水性的探测精度。

Description

煤层内部富水性计算方法、装置及电子设备
技术领域
本发明涉及煤层富水性技术领域，尤其是涉及一种煤层内部富水性计算方法、装置及电子设备。
背景技术
现有技术中，探测煤矿井下工作面内部的富水性，通常采用单一技术方法进行探测。但是，这种方法无法压制假异常，且成果存在多解性，造成探测结果精度低。
发明内容
本发明的目的在于提供了一种煤层内部富水性计算方法、装置及电子设备，可以有效提高煤层富水性的探测精度。
第一方面，本发明提供了一种煤层内部富水性计算方法，其中，包括：
利用地面瞬变电磁法获取归一化感应电压值；
根据所述归一化感应电压值计算视电导率；
利用无线电磁波透视法获取电磁波场强；
根据所述电磁波场强计算衰减系数；
根据所述视电导率和所述衰减系数计算得到煤层介电常数；
根据所述煤层介电常数确定煤层内部富水性。
进一步的，所述根据所述归一化感应电压值计算视电导率的步骤，包括：
根据以下算式计算视电阻率：
Figure BDA0002331801270000021
其中，ρt为视电阻率，μ0为真空磁导率，m为发射磁矩，q为接收线圈的有效面积，t为时窗时间，V(t)为归一化感应电压值；
根据所述视电阻率的倒数计算得到所述视电导率。
进一步的，所述根据所述电磁波场强计算衰减系数的步骤，包括：
在煤层中设置磁场发射点与磁场接收点；
利用电磁波算式计算衰减系数，其中所述电磁波算式为：
Figure BDA0002331801270000022
其中，α为衰减系数，H为电磁波场强，H0为初始辐射场强，r为磁场发射点与磁场接收点的距离，ψ为磁场发射点天线轴与电磁波中测试点方向间的夹角。
进一步的，所述根据所述视电导率和所述衰减系数计算得到煤层介电常数的步骤，包括：
根据所述视电导率和所述衰减系数构建煤层介电常数计算公式；
根据所述煤层介电常数算式计算煤层介电常数，其中，所述煤层介电常数算式为：
Figure BDA0002331801270000023
(其中
Figure BDA0002331801270000024
)
其中，ε为煤层介电常数，μ为真空磁导率，ω为角频率，σ为视电导率，α为衰减系数。
进一步的，所述根据所述煤层介电常数确定煤层内部富水性的步骤，包括：
通过查询介质与煤层介电常数对照表确定所述煤层内部富水性；其中，所述介质与煤层介电常数对照为：
介质类别 相对介电常数值范围
空气 1
水 81
煤 4-5
干燥砂岩 4
含水砂岩 25
石灰岩 7
所述物质与煤层介电常数对照表中的相对介电常数值越大，与所述相对介电常数值匹配的介质类别的富水性越强。
第二方面，本发明提供了一种煤层内部富水性计算装置，其中，包括：
第一获取单元，用于利用地面瞬变电磁法获取归一化感应电压值；
视电导率计算单元，用于根据所述归一化感应电压值计算视电导率；
第二获取单元，用于利用无线电磁波透视法获取电磁波场强；
衰减系数计算单元，用于根据所述电磁波场强计算衰减系数；
介电常数计算单元，用于根据所述视电导率和所述衰减系数计算得到煤层介电常数；
确定单元，用于根据所述煤层介电常数确定煤层内部富水性。
进一步的，所述视电导率计算单元还用于：
根据以下算式计算视电阻率：
Figure BDA0002331801270000031
其中，ρt为视电阻率，μ0为真空磁导率，m为发射磁矩，q为接收线圈的有效面积，t为时窗时间，V(t)为归一化感应电压值；
根据所述视电阻率的倒数计算得到所述视电导率。
进一步的，所述衰减系数计算单元还用于：
在煤层中设置磁场发射点与磁场接收点；
利用电磁波算式计算衰减系数，其中所述电磁波算式为：
Figure BDA0002331801270000041
其中，α为衰减系数，H为电磁波场强，H0为初始辐射场强，r为磁场发射点与磁场接收点的距离，ψ为磁场发射点天线轴与电磁波中测试点方向间的夹角。
第三方面，本发明提供了一种电子设备，其中，包括处理器和存储器，所述存储器存储有能够被所述处理器执行的计算机可执行指令，所述处理器执行所述计算机可执行指令以实现第一方面所述的煤层内部富水性计算方法的步骤。
第四方面，本发明提供了一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，其中，所述计算机程序被处理器运行时执行第一方面所述的煤层内部富水性计算方法的步骤。
本发明实施例带来了以下有益效果：
本发明提供了一种煤层内部富水性计算方法、装置及电子设备，通过利用地面瞬变电磁法获取归一化感应电压值；根据归一化感应电压值计算视电导率；再利用无线电磁波透视法获取电磁波场强；根据电磁波场强计算衰减系数；最终根据视电导率和衰减系数计算得到煤层介电常数；进而根据煤层介电常数确定煤层内部富水性。在本实施例提供的上述方式中，通过归一化感应电压值计算视电导率，以及通过电磁波场强计算衰减系数，再根据视电导率和衰减系数联合计算出煤层介电常数，避免了采用单一技术方法进行探测无法压制假异常，且成果存在多解性，造成探测结果精度低的问题，进而更准确的确定煤层内部富水性，可以有效提高富水性的探测精度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体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，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例一提供的煤层内部富水性计算方法流程图；
图2为本发明实施例一提供的煤层介电常数计算方法流程图；
图3为本发明实施例二提供的煤层内部富水性计算装置示意图；
图4为本发明实施例供的电子设备的结构示意图。
图标：301-第一获取单元；302-视电导率计算单元；303-第二获取单元；304-衰减系数计算单元；305-介电常数计算单元；306-确定单元；400-处理器；401-存储器；402-总线；403-通信接口。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明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。
考虑到现有技术中采用单一技术方法进行探测无法压制假异常，且成果存在多解性，造成探测结果精度低的问题。本发明提供了一种煤层内部富水性计算方法、装置及电子设备，该技术通过利用地面瞬变电磁法获取归一化感应电压值；根据归一化感应电压值计算视电导率；再利用无线电磁波透视法获取电磁波场强；根据电磁波场强计算衰减系数；最终根据视电导率和衰减系数计算得到煤层介电常数；进而根据煤层介电常数确定煤层内部富水性，可以有效提高富水性的探测精度。
为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种煤层内部富水性计算方法进行详细介绍。
实施例一：
参照图1所示的一种煤层内部富水性计算方法流程图，可以由诸如计算机、处理器等电子设备执行，该方法主要包括步骤S101至步骤S106：
步骤S101，利用地面瞬变电磁法获取归一化感应电压值。
步骤S102，根据归一化感应电压值计算视电导率。
步骤S103，利用无线电磁波透视法获取电磁波场强。
步骤S104，根据电磁波场强计算衰减系数。
步骤S105，根据视电导率和衰减系数计算得到煤层介电常数。
步骤S106，根据煤层介电常数确定煤层内部富水性。其中，砂岩及煤等物质相对煤层介电常数的变化与富水性有直接关系，随介质含水性增加，相对介电常数一般增大5-6倍，在煤层内部的含水构造发育区会形成明显的相对介电常数异常区。
在本实施例提供的上述方式中，通过归一化感应电压值计算视电导率，以及通过电磁波场强计算衰减系数，再根据视电导率和衰减系数联合计算出煤层介电常数，避免了采用单一技术方法进行探测无法压制假异常，且成果存在多解性，造成探测结果精度低的问题，进而更准确的确定煤层内部富水性，可以有效提高富水性的探测精度。
在具体实施时，根据归一化感应电压值计算视电导率的步骤，包括：
根据以下算式(1)计算视电阻率：
Figure BDA0002331801270000071
其中，ρt为视电阻率，μ0为真空磁导率，m为发射磁矩，q为接收线圈的有效面积，t为时窗时间，V(t)为归一化感应电压值。
再根据视电阻率的倒数计算得到视电导率。
在一种具体的实施方式中，为了计算某测量点随深度的变化其视电导率的变化，本实施例引入视纵向电导Sτ和视深度hτ的计算公式，具体为视纵向电导计算公式(2)和视深度计算公式(3)：
Figure BDA0002331801270000072
Figure BDA0002331801270000073
其中，V(t)、I、q、μ0、t的含义与算式(1)的相同；A—发射回线面积，单位为平方米(m2)；d(V(t)/I)/dt—归一化感应电压对时间的导数。
视纵向电导Sτ用于解释地层分层和求取视深度，它是指从地面到某个深度的电导(垂直水平地层)，对于层状水平大地而言，它等于由浅到深各地层厚度除以电阻率得到商的和。视电阻率、视深度根据实际情况进行滤波、结合测井资料进行一维正反演等处理，即可得到某一深度层位的视电阻率(电导率σ的倒数)平面图。
在本实施例提供的上述方式中，可以提供一种视电导率的计算方法。
在具体实施时，根据电磁波场强计算衰减系数的步骤，包括：
在煤层中设置磁场发射点与磁场接收点；
利用电磁波算式(4)计算衰减系数，其中电磁波算式为：
Figure BDA0002331801270000074
其中，α为衰减系数，H为电磁波场强，H0为初始辐射场强，r为磁场发射点与磁场接收点的距离，ψ为磁场发射点天线轴与电磁波中测试点方向间的夹角。
在本实施例提供的上述方式中，可以提供一种衰减系数的计算方法。
在具体实施时，如图2所示的煤层介电常数计算方法流程图，根据视电导率和衰减系数计算得到煤层介电常数的步骤，包括以下步骤S201～S202：
步骤S201，根据视电导率和衰减系数构建煤层介电常数计算公式。
步骤S202，根据煤层介电常数算式(5)计算煤层介电常数。其中，煤层介电常数算式为：
Figure BDA0002331801270000081
其中，ε为煤层介电常数，μ为真空磁导率，ω为角频率，σ为视电导率，α为衰减系数。
另外，根据煤层介电常数确定煤层内部富水性的步骤，包括：
通过查询介质与煤层介电常数对照表1确定煤层内部富水性；其中，介质与煤层介电常数对照表1为：
介质类别 相对介电常数值范围
空气 1
水 81
煤 4-5
干燥砂岩 4
含水砂岩 25
石灰岩 7
对照表1
其中，物质与煤层介电常数对照表1中的相对介电常数值越大，与相对介电常数值匹配的介质类别的富水性越强。
在本实施例提供的上述方式中，可以根据煤层介电常数确定煤层内部富水性。
实施例二：
参照图3所示的一种煤层内部富水性计算装置示意图，包括：
第一获取单元301，用于利用地面瞬变电磁法获取归一化感应电压值。
视电导率计算单元302，用于根据所述归一化感应电压值计算视电导率。
第二获取单元303，用于利用无线电磁波透视法获取电磁波场强。
衰减系数计算单元304，用于根据所述电磁波场强计算衰减系数。
介电常数计算单元305，用于根据所述视电导率和所述衰减系数计算得到煤层介电常数。
确定单元306，用于根据所述煤层介电常数确定煤层内部富水性。
本发明实施例还提供一种电子设备，包括处理器和存储器，存储器存储有能够被处理器执行的计算机可执行指令，处理器执行计算机可执行指令以实现实施例一体验优化方法的步骤。
在本实施例提供的上述装置中，通过归一化感应电压值计算视电导率，以及通过电磁波场强计算衰减系数，再根据视电导率和衰减系数联合计算出煤层介电常数，避免了采用单一技术方法进行探测无法压制假异常，且成果存在多解性，造成探测结果精度低的问题，进而更准确的确定煤层内部富水性，可以有效提高富水性的探测精度。
一种具体的实施方式中，视电导率计算单元302还用于根据以下算式(6)计算视电阻率：
Figure BDA0002331801270000101
其中，ρt为视电阻率，μ0为真空磁导率，m为发射磁矩，q为接收线圈的有效面积，t为时窗时间，V(t)为归一化感应电压值；
根据视电阻率的倒数计算得到视电导率。
一种具体的实施方式中，衰减系数计算单元304还用于在煤层中设置磁场发射点与磁场接收点；
利用电磁波算式(7)计算衰减系数，其中电磁波算式为：
Figure BDA0002331801270000102
其中，α为衰减系数，H为电磁波场强，H0为初始辐射场强，r为磁场发射点与磁场接收点的距离，ψ为磁场发射点天线轴与电磁波中测试点方向间的夹角。
一种具体的实施方式中，介电常数计算单元305还用于根据视电导率和衰减系数构建煤层介电常数算式(8)；
根据煤层介电常数算式计算煤层介电常数，其中，煤层介电常数算式为：
Figure BDA0002331801270000103
其中，ε为煤层介电常数，μ为真空磁导率，ω为角频率，σ为视电导率，α为衰减系数。
一种具体的实施方式中，确定单元306还用于通过查询介质与煤层介电常数对照表2确定煤层内部富水性；其中，介质与煤层介电常数对照表2为：
介质类别 相对介电常数值范围
空气 1
水 81
煤 4-5
干燥砂岩 4
含水砂岩 25
石灰岩 7
对照表2
其中，物质与煤层介电常数对照表2中的相对介电常数值越大，与相对介电常数值匹配的介质类别的富水性越强。
本发明实施例还提供一种电子设备，包括处理器和存储器，存储器存储有能够被处理器执行的计算机可执行指令，处理器执行计算机可执行指令以实现实施例一煤层内部富水性计算方法的步骤。
图4为本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图，该电子设备包括：处理器400，存储器401，总线402和通信接口403，处理器400、通信接口403和存储器401通过总线402连接；处理器400用于执行存储器401中存储的可执行模块，例如计算机程序。
其中，存储器401可能包含高速随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)，也可能还包括非不稳定的存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。通过至少一个通信接口403(可以是有线或者无线)实现该系统网元与至少一个其他网元之间的通信连接，可以使用互联网，广域网，本地网，城域网等。
总线402可以是ISA总线、PCI总线或EISA总线等。所述总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图4中仅用一个双向箭头表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
其中，存储器401用于存储程序，所述处理器400在接收到执行指令后，执行所述程序，前述本发明实施例任一实施例揭示的流过程定义的装置所执行的方法可以应用于处理器400中，或者由处理器400实现。
处理器400可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器400中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器400可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(DigitalSignal Processing，简称DSP)、专用集成电路(Application Specific IntegratedCircuit，简称ASIC)、现成可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本发明实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器401，处理器400读取存储器401中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。
本发明实施例还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质上存储有计算机程序，其中，计算机程序被处理器运行时执行实施例一煤层内部富水性计算方法的步骤。
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。

Claims (8)

1.一种煤层内部富水性计算方法，其特征在于，包括：
利用地面瞬变电磁法获取归一化感应电压值；
根据所述归一化感应电压值计算视电导率；
利用无线电磁波透视法获取电磁波场强；
根据所述电磁波场强计算衰减系数；
根据所述视电导率和所述衰减系数计算得到煤层介电常数；
根据所述煤层介电常数确定煤层内部富水性；
所述根据所述归一化感应电压值计算视电导率的步骤，包括：
根据以下算式计算视电阻率：
Figure FDA0003338763850000011
其中，ρt为视电阻率，μ0为真空磁导率，m为发射磁矩，q为接收线圈的有效面积，t为时窗时间，V(t)为归一化感应电压值；
根据所述视电阻率的倒数计算得到所述视电导率；
对所述视电阻率、视深度进行滤波，并结合测井资料进行一维正反演，得到预设深度层位的视电阻率平面图。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述电磁波场强计算衰减系数的步骤，包括：
在煤层中设置磁场发射点与磁场接收点；
利用电磁波算式计算衰减系数，其中所述电磁波算式为：
Figure FDA0003338763850000012
其中，α为衰减系数，H为电磁波场强，H0为初始辐射场强，r为磁场发射点与磁场接收点的距离，ψ为磁场发射点天线轴与电磁波中测试点方向间的夹角。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述视电导率和所述衰减系数计算得到煤层介电常数的步骤，包括：
根据所述视电导率和所述衰减系数构建煤层介电常数算式；
根据所述煤层介电常数算式计算煤层介电常数，其中，所述煤层介电常数算式为：
Figure FDA0003338763850000021
其中
Figure FDA0003338763850000022
其中，ε为煤层介电常数，μ为真空磁导率，ω为角频率，σ为视电导率，α为衰减系数。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述煤层介电常数确定煤层内部富水性的步骤，包括：
通过查询介质与煤层介电常数对照表确定所述煤层内部富水性；其中，所述介质与煤层介电常数对照表为：
介质类别 相对介电常数值范围 空气 1 水 81 煤 4-5 干燥砂岩 4 含水砂岩 25 石灰岩 7
所述介质与煤层介电常数对照表中的相对介电常数值越大，与所述相对介电常数值匹配的介质类别的富水性越强。
5.一种煤层内部富水性计算装置，其特征在于，包括：
第一获取单元，用于利用地面瞬变电磁法获取归一化感应电压值；
视电导率计算单元，用于根据所述归一化感应电压值计算视电导率；
第二获取单元，用于利用无线电磁波透视法获取电磁波场强；
衰减系数计算单元，用于根据所述电磁波场强计算衰减系数；
介电常数计算单元，用于根据所述视电导率和所述衰减系数计算得到煤层介电常数；
确定单元，用于根据所述煤层介电常数确定煤层内部富水性；
所述视电导率计算单元还用于：
根据以下算式计算视电阻率：
Figure FDA0003338763850000031
其中，ρt为视电阻率，μ0为真空磁导率，m为发射磁矩，q为接收线圈的有效面积，t为时窗时间，V(t)为归一化感应电压值；
根据所述视电阻率的倒数计算得到所述视电导率；
所述装置还用于：
对所述视电阻率、视深度进行滤波，并结合测井资料进行一维正反演，得到预设深度层位的视电阻率平面图。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述衰减系数计算单元还用于：
在煤层中设置磁场发射点与磁场接收点；
利用电磁波算式计算衰减系数，其中所述电磁波算式为：
Figure FDA0003338763850000032
其中，α为衰减系数，H为电磁波场强，H0为初始辐射场强，r为磁场发射点与磁场接收点的距离，ψ为磁场发射点天线轴与电磁波中测试点方向间的夹角。
7.一种电子设备，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器存储有能够被所述处理器执行的计算机可执行指令，所述处理器执行所述计算机可执行指令以实现权利要求1至4任一项所述的煤层内部富水性计算方法的步骤。
8.一种计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器运行时执行上述权利要求1至4任一项所述的煤层内部富水性计算方法的步骤。
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