無線電波坑透技術(shù)在礦井中的研究與應(yīng)用

《無線電波坑透技術(shù)在礦井中的研究與應(yīng)用》由會員上傳分享，免費在線閱讀，更多相關(guān)內(nèi)容在教育資源-天天文庫。

1、無線電波坑透技術(shù)在礦井中的研究與應(yīng)用江蘇地質(zhì),31(1),20—24,2007無線電波坑透技術(shù)在礦井中的研究與應(yīng)用徐衍和,董守華,李東會(1.山東煤田地質(zhì)局物測隊,山東泰安271021;2.中國礦業(yè)大學(xué)資源與地球科學(xué)學(xué)院,江蘇徐州221008)摘要:通過對電磁波坑透探測原理的分析及在礦井的實際應(yīng)用,對探測方法,數(shù)據(jù)采集的方法,資料處理和解釋及探測效果進行評價,可以證實電磁波坑透在礦井中是一種有效的探查技術(shù).關(guān)鍵詞:工作面;電磁波;坑透;礦井中圖分類號:P631.2+23文獻標(biāo)識碼:A文章編號:1003-6474(2007)01-0020—050引言在礦井回采工作面生產(chǎn)過程中,各種

2、地質(zhì)異常體如斷層,陷落柱,褶曲,煤層厚度變化及煤巖層的破碎等對回采工作面正常生產(chǎn)及頂板安全管理,往往產(chǎn)生不利影響.應(yīng)用電磁波坑透技術(shù),可以定性到半定量地探查,分析各種構(gòu)造,并用以指導(dǎo)工作面的安全生產(chǎn).1坑道無線電波透視法基本原理坑道無線電波透視法,又稱坑透法.電磁波在地下巖層中傳播時,由于各種巖,礦石電性(電阻率P和介電常數(shù),Ig)的不同,它們對電磁波能量吸收不同,低阻巖層對電磁波具有較強的吸收作用,當(dāng)波前進方向遇到斷裂構(gòu)造所出現(xiàn)的界面時,電磁波將在界面上產(chǎn)生反射和折射作用,也造成能量的損耗,致使接收巷道中的電磁波信號十分微弱甚至接收不到透射信號,形成所謂的透射異常(又稱陰影異常

3、,見圖1a,圖1b).研究采區(qū)煤層,各種構(gòu)造及地質(zhì)體對電磁波的影響所造成的各種無線電波透視異常,從而進行地質(zhì)推斷和解釋,這就是坑透法的基本原理.WKT-6型坑透儀只測固定頻率透射電磁波的磁場日(或電場E)振幅分量.在電磁波射線路徑上介質(zhì)電磁性質(zhì)的變化和波導(dǎo)阻抗的變化,造成電磁場強度的變化,因此分析電磁場強度的變化就可以預(yù)測工作面內(nèi)介質(zhì)的物性變化.在不考慮電磁散射的前提下,電磁波的傳播路5—1O(a)圖1電磁波透視法工作原理圖(a)-礦井巷道工作布置圖;(b).衰減曲線剖面圖徑可以用射線近似,此時煤層中傳播的電磁波可近似用下式表示:日=Ho~2sin0(1)一r式(1)中,日為介質(zhì)

4、中某點的實測場強;風(fēng)為決定發(fā)射功率和周圍介質(zhì)的原始輻射場強;r為發(fā)射機與接收機之間的直線距離;為決定于工作頻率,介質(zhì)收稿日期12006—02—27:修訂日期:2006—03—22;編輯:齊運鐸作者簡介:徐衍和(1968一),男,山東五蓮人,總工程師,主要從事煤田地震勘探管理與技術(shù)工作,地球物理專業(yè).第1期徐衍和等:無線電波坑透技術(shù)在礦井中的研究與應(yīng)用21電阻率,介電常數(shù)等參數(shù)的介質(zhì)吸收系數(shù);0為發(fā)射天線軸與觀測點方向間的夾角.顯然,H值隨r和而變化,其中射線路徑上值的變化是使H值發(fā)生異常變化的關(guān)鍵因素,如下式所:—■—====—_盧=()√寺[√+()一1](2)由式(2)可知,

5、在一定的頻率()范圍內(nèi),值是介質(zhì)(煤或巖石)的介電常數(shù),導(dǎo)磁率,電導(dǎo)率的函數(shù).由于煤層與頂?shù)装鍘r石有較大的電性差異,所以在電磁波射線路徑上出現(xiàn)煤層與巖層的交替時(如遇斷層或火成巖體)時,就發(fā)生與H值的明顯變化.又由于煤層相對于頂?shù)装鍘r層是一種波導(dǎo)介質(zhì),當(dāng)煤層厚度發(fā)生變化時,其波導(dǎo)阻抗就發(fā)生變化,則造成值和H值的變化.2無線電波透視資料的整理與解釋2.1綜合曲線法將各接收點實測場強E值與相應(yīng)的理論計算場強E進行對比,取得的數(shù)據(jù)稱為衰減系數(shù)P,即FP=(3)O取接收點點位為橫坐標(biāo),取E,E.和P為縱坐標(biāo),將同一發(fā)射點對應(yīng)接收點的實測場強E,理論場強E或衰減系數(shù)P按比例繪制成圖,就得到

6、關(guān)于上述3條曲線,稱為綜合曲線圖(圖2).根據(jù)圖2中各參數(shù)的曲線特征,可確定出異常體的邊界點(或中心點).將邊界點(或中心點)與對應(yīng)的發(fā)射點相連,此線就表示隱伏導(dǎo)含水構(gòu)造幾何陰影范圍.根據(jù)多條連線交匯,就可圈定出異常體的輪廓,綜合曲線圖是無線電磁波透視勘探解釋推斷的主要圖件.2.2絕對衰減層析成像由于綜采工作面煤層的傾角都小于25.,發(fā)射天線與觀測點方向近乎正交,即在0=90.時,式(1)變?yōu)?D—OrH=Ho(4),式(4)中,H,的單位為微伏,r的單位為m,的單位為奈培/m.對(4)式兩邊取對數(shù),經(jīng)變換后可得:10圖2綜合曲線圖fir=Ho—日一101gr(5)式(5)中,H

7、,,r的單位為分貝,中的r單位為m,的單位為分貝/m(因分貝是以常用對10為底的對數(shù)乘以20后得的數(shù),即201g.奈培是用自然對數(shù)來表示的級差單位).巷道1接收點///●/一l/////巷道2發(fā)射點圖3層析成像剖分示意圖圖3是一個工作面被網(wǎng)格化后的示意圖.把網(wǎng)格化后每個均勻的小塊稱為一個像素,在此區(qū)域內(nèi)有一條射線Y穿過了衰減系數(shù)分別為.,,…,的諸像素,并在這些像素上的截距分別為dd,…,d這樣在第i條射線路徑上則有:nfir=d,(6)把式(6)代人式(4)中可得到第i條射線的