一种露天矿采空区位置与大小探测方法及装置与流程

本发明涉及露天矿采空区地球物理探测，具体为一种露天矿采空区位置与大小探测方法及装置。

背景技术：

1、近年来，随着自然资源的开发利用日益增多，露天矿山作为资源开发的重要形式，其安全生产问题尤为突出，在开采过程中，常会形成多个不同大小和形态的采空区，这些采空区若未能及时准确地被探测到，极易造成地面塌陷等严重安全事故，因此，对采空区的位置与大小进行精确探测显得尤为关键，传统的探测方法主要包括地震波探测、电磁法、重力测量等，但这些方法往往面临诸如探测深度不足、分辨率低、对采空区的形态判断不够精确等问题，特别是在复杂地质条件下，这些方法的可靠性和有效性往往大打折扣，此外，由于环境因素的影响，现有技术在数据处理和解释方面存在不小的挑战，如何从复杂的测量数据中提取有效信息，进而精确评估采空区的状态，是目前该技术领域亟待解决的问题之一；

2、现有技术中的，公开号为cn113805250a公开了一种露天矿采空区高密度地震与电法联合探测及识别方法，包括采场探测区布设高密度地震与电法联合观测系统，采集的地震与电法数据经处理获得地震与电法探测剖面，对地震剖面进行多属性数据提取与优选分析，把采空区敏感的地震属性数据与电法电阻率数据进行融合，形成融合后的地震与电法属性数据，利用地震波组同相轴的连续性、振幅与相位变化及空间展布分析隐伏采空区的空间赋存状态，利用电性层的电阻率值域变化判断其含水性。本发明与现有露天矿采空区地球物理探测技术方法相比，具有震电联合观测高密度采集数据、两场敏感性属性提取与融合解析提高有效信息量及其利用率，利于克服露天矿采场干扰因素多与各场激励接收条件差等影响，克服单一物探方法的多解性，达到提高采场隐伏采空区的判识能力和可靠性的目的；

3、在所述背景技术部分公开的上述信息仅用于加强对本公开的背景的理解，因此它可以包括不构成对本领域普通技术人员已知的现有技术的信息。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种露天矿采空区位置与大小探测方法及装置，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

3、一种露天矿采空区位置与大小探测方法，具体步骤包括：

4、步骤s1、采用电阻率层析成像法和地震反射波，对露天矿待采区域进行采空区测量，并对测量结果中判断的采空区进行标定，形成{1,2，...，i，...，n}，其中i表示第i个采空区，n为判断的采空区总数；

5、步骤s2、对每一采空区对应地表进行温度分布数据测量和地表形态测量，并对测量结果进行分析处理，生成环境影响因子，该环境影响因子输出结果包括地表温度异常和地表形态异常数据，并根据地表温度异常和地表形态异常数据的异常程度，对采空区导致的环境影响程度进行评价，同时提供干预措施；

6、步骤s3、对每一采空区对应地表进行电阻率变化数据的采集，并对采集数据进行分析处理，生成采空区评价指数，该指数输出结果为地下电性结构数据，并基于地下电性结构数据，对当前采空区的位置、大小进行评价，形成第一评价结果；

7、步骤s4、获取环境影响因子和采空区评价指数，并进行分析处理，生成策略调整模型，并对地表温度异常、地表形态异常和地下电性结构的相关性进行分析，使策略调整模型根据相关性分析结果以及第一评价结果，生成探测调整策略，以针对性地查找地表下异常区域，从而提高识别隐伏空间状态的准确性。

8、进一步地，所述温度分布数据包括时间序列温度变化量、温度梯度值，并对时间序列温度变化量标定为twb、对温度梯度值标定为wtd；

9、所述地表形态包括地表沉降度、地表裂缝程度，并对地表沉降度标定为dbcj、对地表裂缝程度标定为dblf；

10、所述电阻率变化数据包括地层电阻率值、时变电阻率变化率，并对地层电阻率值标定为dcdz、对时变电阻率变化率标定为sbdz。

11、进一步地，定义公式f来描述环境影响因子，计算公式如下：

12、

13、其中f(i)是第i个采空区的环境影响因子评分，i是采空区的索引，a1和a2是权重系数，调整温度数据与地表形态数据的相对影响力，且a1与a2均为非负数，a1+a2＝1；

14、归一化函数g(twbi,wtdi)用于处理温度相关数据，且twbi,wtdi分别是时间序列温度变化量和温度梯度值，这个函数将温度数据转换为0到1之间的值；

15、时间序列分析函数h(dbcji,dblfi)用于处理地表形态数据，dbcji,dblfi分别是地表沉降度和地表裂缝程度，这个函数计算这两个参数的欧几里得距离，并将其归一化；

16、设定f(i)值域在[0,1]之间，其中0代表最低的环境影响评分，1代表最高；

17、将f(i)值域划分为若干区间，不同区间根据地表温度异常和地表形态异常数据的异常程度，对采空区导致的环境影响程度进行评价，同时提供干预措施。

18、进一步地，定义所述采空区评价指数为e，计算公式如下：

19、

20、其中，e(dcdzi,sbdzi)为当前dcdzi与sbdzi取值下的指数评价值，dcdzi为第i个采空区的地层电阻率值；sbdzi为第i个采空区的时变电阻率变化率；k、α、β为模型参数，通过数据拟合得到；

21、k用于调节dcdz的影响力度，k值越高，增强了dcdzi在评价指数中的权重；

22、α、β是用于调节sbdzi影响的参数，其中α调节变化率的灵敏度，β控制整体公式的非线性特性；

23、设定e(dcdzi,sbdzi)的值域为(0,1)，在dcdzi和sbdzi增大的情况下，评价指数e的值将反映出地下结构的电性变化，其中e值越接近1，表示地质结构变化显著，采空区距离越近或者越大，将e(dcdzi,sbdzi)的值域划分为若干区间，并对每一区间对应的采空区位置、大小进行评估。

24、进一步地，定义所述策略调整模型为m，计算公式如下：

25、

26、其中，n(f(i),e(dcdzi,sbdzi),c1,c2)是一个复杂函数，用于整合环境影响评分和地下电性数据，c1和c2是调节参数，提供灵活的权重调整，且c1、c2为非负数，c1+c2＝1；

27、是一个归一化函数，用于平滑模型输出，确保输出值在[0,1]范围内，k和ξ是模型的敏感性和偏移参数；

28、设定模型m的输出范围为[0,1]，接近0的值表示低环境影响，较低的采空区异常程度，而接近1的值表示高环境影响，需要采取紧急措施；

29、当f(i)和e(dcdzi,sbdzi)的值增加，模型输出m将逐渐接近1，指示更高的环境风险和紧急的调整需求；

30、使用统计方法中的皮尔逊相关系数，分析地表温度异常、地表形态异常与地下电性结构之间的关联，系数值范围从-1代表的完全负相关到+1代表的完全正相关，0表示无相关；

31、将m的输出区间[0,1]划分为以下各区间：

32、对于区间1[0,0.2)，表示环境影响较低，地下电性结构表现正常，表明地表温度异常、地表形态异常与地下电性结构之间的相关性系数接近0，即没有显著关联，探测策略为进行基础的地表监测，每月检查一次，调整措施为保持现有资源配置，不增加额外设备或人力；

33、对于区间2[0.2,0.5)，表明存在轻微的地表或地下异常，相关系数在0到0.5之间，表示关联度较低，探测策略为增加地表和地下的常规探测频率至每两周一次；调整措施为增加10％的监测设备和分析人员，建议进行常规监测和数据采集；

34、对于区间3[0.5,0.8)，表明存在显著的异常，反映出地表温度、地表形态和地下电性结构之间的相关性处于0.5到0.8之间，这表示中等程度的正相关，探测策略为进行详细的地质和地下电性结构分析，包括使用地质雷达进行深入探测，每周至少一次；调整措施为增加25％的探测设备和技术人员，设立临时观察站点，需要进行详细的地质结构分析和增强的监测；

35、对于区间4[0.8,1]，表明环境影响严重，相关系数在0.8到1之间，这表示地表温度、地表形态与地下电性结构之间具有很高的正相关性，探测策略为启动紧急探测协议，包括24小时持续监测，日常使用高精度设备如地震仪进行深层次分析；调整措施为增加50％的探测设备和技术人员，需要请求外部专家团队协助，存在重大地下结构问题或即将发生的环境风险，推荐立即采取紧急探测和干预措施。

36、一种露天矿采空区位置与大小探测装置，所述装置用于执行所述的露天矿采空区位置与大小探测方法，包括：

37、标记模块：用于采用电阻率层析成像法和地震反射波对露天矿待采区域进行测量，并对测量结果中判断的采空区进行标定，形成{1,2，...，i，...，n}，其中i表示第i个采空区，n为判断的采空区总数；

38、影响因子生成模块：用于对每一采空区对应地表进行温度分布数据测量和地表形态测量，并对测量结果进行分析处理，生成环境影响因子，该环境影响因子输出结果包括地表温度异常和地表形态异常数据，并根据地表温度异常和地表形态异常数据的异常程度，对采空区导致的环境影响程度进行评价，同时提供干预措施；

39、指数生成模块：用于对每一采空区对应地表进行电阻率变化数据的采集，并对采集数据进行分析处理，生成采空区评价指数，该指数输出结果为地下电性结构数据，并基于地下电性结构数据，对当前采空区的位置、大小进行评价，形成第一评价结果；

40、模型构建模块：用于获取环境影响因子和采空区评价指数，并进行分析处理，生成策略调整模型，并对地表温度异常、地表形态异常和地下电性结构的相关性进行分析，使策略调整模型根据相关性分析结果以及第一评价结果，生成探测调整策略，以针对性地查找地表下异常区域，从而提高识别隐伏空间状态的准确性。

41、与现有技术相比，本发明的有益效果是：通过在地表进行温度分布和地表形态的测量，结合地下电阻率数据，不仅提高了探测的精度，还能够有效识别采空区的具体位置和大小；首先，通过电阻率层析成像法和地震反射波对地下结构进行综合分析，能够在不同地质结构中精确定位采空区，其次，利用地表的温度和形态数据，结合电阻率的变化，本发明的环境影响因子和环境评价模型能够进一步分析和确认采空区的具体特征，如其影响的范围及潜在的安全风险，通过这种方法，能够显著提高对采空区特性的认识，从而更有效地指导矿山的安全生产；此外，该发明的方法通过对相关数据的综合分析，能够根据地下电性结构的相关性数据探测调整策略，这不仅提高了探测效率，也优化了资源的配置，使得探测工作更加高效和精确。