一种扩频激电的区域煤火综合探测方法及系统与流程

本发明涉及煤田火区探测，具体涉及一种扩频激电的区域煤火综合探测方法及系统。

背景技术：

1、在煤炭开采与储存过程中，煤田、采空区遗煤、破裂煤柱以及储煤堆（如矸石山）等区域常因自然因素或管理不当而引发自燃现象，形成隐蔽火灾。这类火灾不仅严重威胁煤矿安全生产，还可能对周边环境造成长期污染和破坏。因此，及时、准确地探测并定位煤自燃隐蔽火源成为煤矿安全管理的关键任务。

2、当前，煤火探测技术虽已取得一定进展，但受限于煤自燃隐蔽火灾的复杂性及其形成、发展过程的多样性，探测工作仍面临诸多挑战。传统的探测方法多依赖于单一技术手段，如温度测量、气体分析或地球物理勘探等，这些方法在特定条件下虽能有效发挥作用，但存在探测范围有限、精度不足或易受干扰等问题，难以全面、准确地反映火区的真实情况。

3、特别是在地球物理勘探领域，虽然已有多种方法被尝试应用于煤火探测，如电阻率法、电磁法等，但每种方法都有其固有的优缺点。例如，电阻率法虽能反映地下介质的电性差异，但对含水量的变化较为敏感，易受降雨等因素影响；电磁法则可能受到地下管线、金属结构等干扰源的影响，导致信号失真。因此，在实际工程应用中，单独采用任何一种方法一般难以实现火区的准确探测。

4、此外，随着煤矿开采深度的增加和地质条件的复杂化，对煤火探测技术的要求也越来越高。传统的探测手段在深度、精度和抗干扰能力等方面已难以满足现代煤矿安全管理的需求。因此，迫切需要一种能够综合多种探测手段、提高探测效率和准确性的新型煤火探测系统与方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于：提出一种扩频激电的区域煤火综合探测方法及系统，该技术方案能够实现对煤自燃隐蔽火源的高效、精确探测与定位。

2、为实现上述目的，第一方面，本公开实施例提供一种扩频激电的区域煤火综合探测系统，包括发送机、接收机和数据处理端；发送机用于发送包含多个频率成分的伪随机扩频信号；接收机用于采集多频率多参数数据信号；

3、数据处理端包括相位校正模块，用于利用相对相位谱法对激电相位中的电磁耦合感应进行校正，获取激电相对相位响应；包括信号处理模块用于增强信号强度和信噪比；包括反演成像模块，用于采用带地形的多频点多装置组合精密反演算法，对处理后的信号进行反演成像，实现探测目标的精确成像；包括数据分析模块，用于结合地质资料及钻孔验证信息，对多频点多参数反演结果进行综合分析解释，得到勘探成果与地质体的耦合，实现异常区的高可信度预测。

4、基础方案的有益效果：本技术方案中发送机采用包含多个频率成分的伪随机扩频信号，不仅具有更丰富的频谱特性，而且能够有效抵抗环境中的噪声干扰，提高信号传输的稳定性和可靠性。多频率信号还能提供更多层次的地质信息，有利于后续的数据分析和解释。接收机能够采集多频率多参数数据信号，全面捕捉地下介质的电磁响应特性，能够更准确地反映地下地质结构的复杂性和多样性。

5、数据处理端中的相位校正模块利用相对相位谱法，对激电相位中的电磁耦合感应进行精确校正，有效消除了因电磁耦合引起的相位畸变，提高了激电相对相位响应的准确性。信号处理模块则通过一系列算法进一步增强信号强度和信噪比，提升了数据的整体质量，为后续的反演成像和数据分析提供了高质量的输入数据。

6、反演成像模块采用带地形的多频点多装置组合精密反演算法，对处理后的信号进行反演成像。该算法充分考虑了地形起伏和多种装置组合的影响，能够更准确地还原地下地质结构的真实面貌。结合地质资料和钻孔验证信息，数据分析模块能够对多频点多参数反演结果进行综合分析解释，实现勘探成果与地质体的最佳耦合，从而极大提高异常区预测的可信度。

7、本技术方案通过优化信号设计、数据采集、数据处理和解释流程，显著提高了勘探效率和精度。同时，由于采用了先进的算法和技术手段，减少了野外作业量和数据处理时间，降低了勘探成本。

8、作为一种可实施的优选方案，所述相位校正模块还用于获取cole-cole模型参数，通过cole-cole模型分析电磁波在煤层中的传播特性，从而推断煤层中的介电参数，通过比较不同区域的介电参数，辅助识别和定位存在自燃现象的煤层区域。

9、作为一种可实施的优选方案，所述信号处理模块包括强度处理子模块和信噪比处理子模块；所述强度处理子模块用于通过robust叠加技术和相关叠加技术增强信号强度；robust叠加技术通过给每个信号或数据点赋予一个权重来增强信号，权重基于信号的信噪比；相关叠加技术通过计算信号之间的互相关性，信号之间的相关性超过预设的相关性阈值时，将信号进行叠加；所述信噪比处理子模块通过低频干扰分离技术压制电磁干扰，提高信噪；低频干扰分离技术通过频域或时域滤波器识别和去除低频干扰。

10、作为一种可实施的优选方案，所述反演成像模块包括模型构建子模块，用于构建地电模型，将地表地形、地质结构和地电特性结合起来，进行多频点多装置组合反演；还包括计算子模块，用于利用高性能计算资源，进行大规模的反演计算，通过迭代过程，不断优化地电模型，直到达到预定的误差范围和收敛条件；还包括结果分析子模块，用于分析反演结果，提取地电结构和煤火区域的特征信息，并对反演结果进行验证。

11、作为一种可实施的优选方案，还包括预处理模块，用于对接收到的信号进行滤波、去噪等预处理操作，提高信号质量。

12、作为一种可实施的优选方案，所述发送机包括主控模块、波形产生模块、隔离驱动模块；

13、波形产生模块基于fpga利用主控模块的指令生成波形控制信号；

14、fpga包括时钟管理子模块、用于将外部时钟合成芯片输入的时钟进一步进行管理，输出高质量时钟，直接接入fpga全局时钟网络；还包括软核处理器子模块和同步分频与波形产生子模块，同步分频与波形产生子模块用于在软核处理器子模块的控制下产生与标准时间同步信号同步或非同步的特定频率的分频信号；还包括死区时间子模块，用于对逆变器两路控制信号加入死区时间；

15、隔离驱动模块，用于将波形产生模块生成的波形控制信号转换为适用于驱动igbt逆变器的信号。

16、作为一种可实施的优选方案，所述波形产生模块还包括gps子模块、频率合成子模块、隔离电平转换接口；

17、gps子模块，用于为fpga内部系统提供高精度时钟源，输出标准时间同步信号；频率合成子模块主要是为了满足适用于快速傅里叶变换2n频率波形的需要，合成时钟信号；隔离电平转换接口，用于实现与mcu系统的电气隔离与电平转换。

18、作为一种可实施的优选方案，所述接收机连接至采集站，每个采集站至少连接3个接收机，中间的接收机包括电流测量道和电压测量道，两侧的接收机包括电压测量道，利用至少3个接收机通过滚动实现整条测线观测，或通过增加接收机数量实现整条测线一次观测。

19、作为一种可实施的优选方案，所述采集站用于负责接收来自接收机的数据，进行同步采集、存储和初步处理；接收机和采集站之间通过有线或无线的方式进行数据传输和通信；

20、根据每条测线的测点数量，一次在整条测线上布置全部测量电极，对于测线内部的供电极距，通过多次覆盖保证对浅层目标的高分辨能力，对于测线外侧的供电，以指数方式增加供电极距。

21、第二方面，本公开实施例还提供一种扩频激电的区域煤火综合探测方法，运用了上述的一种扩频激电的区域煤火综合探测系统。