完整无线电波坑道透视法.docx
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完整无线电波坑道透视法
无线电波坑道透视法
一、无线电波坑道透视法的定义
无线电波坑道透视法(又称坑透法)是一种电磁波探测方法。
是在钻孔或坑道中,利用无线电波在岩、矿媒质传播过程中观测到的一些现象,来探测地下目标物的一种方法。
由于电磁波在煤层中传播时,不同电阻率的介质对电磁波的吸收不同,电阻率小的介质,对无线电波吸收强,接收到的无线电波强度就小,和理论场强相比较,会形成“阴影区”.根据“阴影区"的情况,就可以判断出地质异常体的存在。
二、无线电波坑道透视法的基本原理
电磁波在地下岩层中传播时,由于各种岩、矿石电性(电阻率P和介电常数ε)的不同,它们对电磁波能量吸收不同,低阻岩层对电磁波具有较强的吸收作用,当波在前进方向遇到断裂构造所出现的界面时,电磁波将在界面上产生反射和折射作用,从而造成能量的损耗。
在实际工作中,电磁波在穿过煤层途中遭到断层、陷落柱或其它构造时,波能量被吸收或完全被屏蔽,则在接收巷道收到微弱信号或收不到透射信号,形成所谓的透视异常(又称阴影异常)。
研究采区煤层、各种构造及地质体对电磁波的影响所造成的各种无线电波透视异常,从而进行地质推断和解释,这就是无线电波透视的基本工作原理。
三、无线电波坑道透视技术的应用范围
应用无线电波透视技术,可以对煤层的地质构造、煤层的赋存与煤层结构等方面做较系统的探测研究,通过在两条巷道对工作面进行探测的实践证明,该项技术目前能探测的范围及精度为:
1、探测煤层中落差大于三分之一煤层厚度的断层;
2、探测富含水区域的大致范围;
3、探测煤层顶底板起伏变化情况,起伏变化的幅度大于三分之一的煤层厚度;
4、探测陷落柱,直径大于10米以上。
就晋城矿区而言,通过多年的实践,坑透可以达到的探测目的包括:
1、探测出工作面煤层中长轴大于20m的陷落柱.
2、探测出工作面煤层中落差大于或等于1/3煤层厚度的断层。
3、探测出工作面煤层中大于等于1/3煤厚的冲刷带、煤层变薄带及无煤区.
四、无线电波坑道透视法的特点和局限性
1、特点:
⑴仪器轻便,接收机与发射机一般都在5kg左右,加上辅助设备总重要也不很大,有利于在煤矿井下工作.
⑵所需工作人员比较少,一般4~5人即可正常开展工作。
⑶透视距离一般可达150~220m,抗干扰大透距仪器有可能达320m.
2、局限性:
⑴只能做透射测量,不能做反射测量,其主要工作必须在两条巷道内进行,探测两条巷道之间同一煤层内的地质异常体(地质构造),在只有一条巷道的情况下开展坑透工作要采用钻孔透视法。
⑵坑透仪测量时干扰因素比较多,金属支架、接地铁轨、风管、水管、特别是电缆及其他金属导体以动力设备都可能造成干扰,坑透工作时,必须采取其它抗干扰的措施。
⑶透视探测的距离还不够大。
五、无线电波坑道透视法的应用条件
无线电波坑道透视法的应用条件主要取决于煤、岩层对电磁波的吸收系数β。
不同的煤层和岩层,由于它们的电性不同,因此对电磁波的吸收程度(即吸收系数)也不相同。
这就是说,介质(煤层或岩层)的吸收系数越大,透视的距离越小,适用条件越差。
当透视距离不能满足一般采煤工作面对透射的需要时,无线电透视法就失去其使用价值。
当然,在降低工作面频率的情况下,探测距离就会有所增大,但探测精度也将降低.由于全国各个矿区煤层的赋存情况、回采条件各不相同,故根据无线电波透视的特点将其适用条件简单归结为以下几个方面:
⑴煤的变质程度。
从褐煤到无烟煤,随着变质程度的不同,其电阻率也不相同,烟煤系列各种牌号的煤电阻率都比较高,吸收系数β小,因此坑透的透视距离大.褐煤与无烟煤的电阻率比较低,吸收系数大,因此透视距离小。
当然,各地无烟煤的电性也不相同,例如阳泉的无烟煤电阻率比较高,使用坑透法就比较好,而北京、邯邢地区的无烟煤电阻率低,因此透距只达数十米。
⑵煤层厚度。
一般情况下,厚度在1m以下和10m以上的煤层都不适于采用无线电波透视测量.因为薄煤层的开采条件差,影响坑透的探测距离和探测效果。
在厚煤层中,则往往由于小构造不显著,透视异常不明显,难以做出正确的判断。
⑶煤层倾角。
煤层倾角大、构造复杂的工作面使用坑透法受到限制。
由于透视异常往往由多种小构造叠加形成,因此无线电波透视法很难做出较准确的定性定量解释。
因此,坑道无线电波透视仪应针对抗干扰能力,透视距离的难题进行研究,并应进一步研究电磁层析成像探测技术(电磁CT技术)的研究与应用.
六、坑透仪器、设备
坑透仪器包括坑透数据采集系统和数据处理系统.包括接收机、发射机和电脑。
目前集团公司采用的主要是重庆煤科院生产的WKT-E型和WKT—6型。
型号
接收机
收射机
WKT-E型
防爆型式:
ibl(本质安全型)
工作频率:
0.5MHz
灵敏度:
(信噪比3:
1时)小于0.06
整机带宽:
≤20Hz
整机增益:
144dB
终端测量范围:
0~110dB
存储器:
32K
天线:
铝屏蔽环天线,直径0。
5m
防爆型式:
ibl(—150℃)本质安全型
工作频率:
0。
5MHz
整机功耗:
基本型≤13W
输出功率:
5W
天线:
橡套电缆框形天线
WKT—6型
防爆形式:
矿用本质安全型
工作频率:
365Khz,965Khz
显示:
20*2字符式液晶显示器
键盘:
4*4防水防尘有感式薄膜键盘
灵敏度:
小于0.06微伏
终端分辨率:
0.1db
连续工作时间:
大于4小时
带宽:
40hz
终端测量范围:
0—102.1db
尺寸:
270*130*220(mm)
重量:
4.5kg
防爆形式:
矿用本质安全型
工作频率:
365Khz,965Khz
显示:
4位半数字表头,可显示发射调谐值及电池电压值
输出功率:
1—2w
连续工作时间:
大于4小时
尺寸:
270*130*220(mm)
重量:
4。
5kg
WKT—E型无线电波透视仪
WKT-6型坑透仪
七、坑透的主要观测方法
1、同步法
发射天线和接收天线分别位于不同的巷道中,同时等距离移动,逐点发射和接收。
当工作面长度较大,且两条巷道基本平行,人工干扰体又不能彻底消除的情况下,就可以选择用同步法进行观测.采用这种观测方法,因为透视距离大体相等,各处干扰情况相近,接收的又是穿煤层而过的直接波,避免接收各种干扰体形成的绕射、反射、散射波,可确保接收场强值的真实可靠性,有利于资料的分析。
但是用这种方法观测容易形成盲区,有漏测的可能。
同步法发射点移动频繁,不易做到发射机和接收机同步,工作效率低,除研究一些特殊问题外,一般较少采用。
2、定点法
发射机相对固定于某巷道事先确定好的发射点位置上,接收机在相邻巷道一定范围内逐点沿巷道观测场强值,即定点发射多点(扇形)接收,又称定点交汇法.一般发射点距50米或40米,接收点距10米或5米。
每一发射点,接收机可相应观测15~21个点。
这种方法速度快、效率高和易于协调工作,是无线电波透视的主要观测方法。
定点法示意图
八、坑透的具体操作方法:
1、坑透时间
一般在工作面圈出,未安装设备前。
2、编制《工作面坑透安全技术措施》.
坑透前应编制《工作面坑透安全技术措施》.主要内容包括:
施工设计(观测点的布置、井下实测、作业要求)、安全技术措施。
3、透视观测点的布置
在透视工作面平面图(1:
1000或1:
2000)上布点,从切眼开始布点,点号为1、2、3……直至巷口为止。
不得有漏号或重号,进、回风巷道的点号要对应。
接收点间距一般为5m或10m,发射点间距一般为40m或50m,可根据需要加密或者加大距离。
成庄矿一般采用接收间距5m,发射间距40m。
每个发射点可相应观测15-21个点,呈扇形观测网,每个点都应有若干个重复测量数值,这样在整个透视平面上,射线分布越密、平面覆盖的次数越多,越有利于交汇异常区.
观测点布置示意图
4、观测顺序及观测时间的确定
由于坑透仪的发射机与接收机之间没有通信联络,因此在布置完测点后需统一安排观测时间,并列成表格,一式两份,发射、接收双方各拿一份,井下实际观测时,按表格中安排时间进行。
工作面坑透巷发射巷接收表
发射巷道
巷
接收巷道
巷
发射点号
接收点号
时间
备注
发射点号
接收点号
时间
备注
发射点号
接收点号
时间
备注
8
500
0:
00
152
644
0:
54
296
788
1:
48
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516
0:
02
660
0:
56
804
1:
50
16
508
0:
03
160
652
0:
57
304
796
1:
51
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524
0:
05
668
0:
59
812
1:
53
24
516
0:
06
168
660
1:
00
312
804
1:
54
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532
0:
08
676
1:
02
820
1:
56
32
524
0:
09
176
668
1:
03
320
812
1:
57
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540
0:
11
684
1:
05
828
1:
59
40
532
0:
12
184
676
1:
06
328
820
2:
00
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548
0:
14
692
1:
08
836
2:
02
48
540
0:
15
192
684
1:
09
336
828
2:
03
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556
0:
17
700
1:
11
844
2:
05
56
548
0:
18
200
692
1:
12
344
836
2:
06
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564
0:
20
708
1:
14
852
2:
08
64
556
0:
21
208
700
1:
15
352
844
2:
09
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572
0:
23
716
1:
17
860
2:
11
72
564
0:
24
216
708
1:
18
360
852
2:
12
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580
0:
26
724
1:
20
868
2:
14
80
572
0:
27
224
716
1:
21
368
860
2:
15
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588
0:
29
732
1:
23
876
2:
17
88
580
0:
30
232
724
1:
24
376
868
2:
18
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596
0:
32
740
1:
26
884
2:
20
96
588
0:
33
240
732
1:
27
384
876
2:
21
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604
0:
35
748
1:
29
892
2:
23
104
596
0:
36
248
740
1:
30
392
884
2:
24
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612
0:
38
756
1:
32
900
2:
26
112
604
0:
39
256
748
1:
33
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620
0:
41
764
1:
35
120
612
0:
42
264
756
1:
36
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628
0:
44
772
1:
38
128
620
0:
45
272
764
1:
39
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636
0:
47
780
1:
41
136
628
0:
48
280
772
1:
42
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644
0:
50
788
1:
44
144
636
0:
51
288
780
1:
45
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652
0:
53
796
1:
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5、井下实际观测
将观测点标在工作面进、回风巷道帮上。
井下实际布点时起止点号与图上相附合。
然后按计划的观测顺序、观测时间表进行观测。
工作时,共需7人,四人发射,三人接收.发射机发射电磁波时,框型天线轴线应平行巷道并悬挂成四边形,面积尽可能大,保持频率与天线调谐粗调开关一致,调谐电流调到最大。
接收机接收时,环形天线直立,环面始终对着发射机方位,即观测最大值方向.
6、资料的分析与处理
对井下收集的资料用计算机软件进行分析,编制相应的图件。
无线电波透视资料的解释方法有综合曲线法和成析层像法(CT透视),一般将两种方法结合起来进行处理解释。
目前集团公司采用的主要方法是:
利用计算机WKTCT坑道透视数据处理软件绘制CT透视图。
根据坑透的CT透视图和坑透数据分析,确定工作面的坑透异常区。
通过对坑透资料进行处理和解释,得出坑透成果图。
工作面坑透成果图
7、出具《坑透结果报告》。
《坑透结果报告》一般分为三个部分:
(1)工作面概况
(2)工作方法及资料处理结果
(3)建议。
为今后工作面回采提出建议.
同时附一表一图.即工作面异常区情况表、工作面坑透结果图。
九、坑透安全技术措施
1、坑透工作必须统一协调指挥.
2、工作面坑透时,电缆、水管、信号线、轨道、金属支架、金属导体在切眼中不允许沟通形成回路;巷道中的所有电缆必须在巷口和切眼断开,电缆头甩开20~30m,并把所有电缆放在地下.所有进、回风巷的电话线及监测线从进、回风巷口处断开,并将监测线放到地上。
巷道内电缆必须停电,并放到地上。
在正进行坑透的工作面巷道内,不得从事与坑透无关的工作。
3、在确定发射点和接收范围时,接收范围与发射点所形成的扇形区不大于40度角。
4、必须做好坑透的准备工作。
下井前,坑透仪必须进行联机试验,确认仪器工作正常后,方可下井。
5、在坑透工作前,经安检员检查现场隐患及仪器设备,确认无误后方可进行.
6、坑透时,发射点应尽量避开强干扰地段,工作时应尽量避免人员走动,以免影响透视效果。
发射点应尽量布置在远离构造位置的地方,否则形成大片阴影区,不利于工作的顺利进行和资料的有效利用。
7、发射机工作时,必须将表头指示针调谐至允许范围内的最大值,并自始至终保持相对稳定.接收机在有金属导体的巷道观察时,天线应尽量远离导体,置于适当的位置,严格将天线环面垂直巷道接收。
禁止在井下打开机壳,从事仪器检查、修理、更换电池组零部件等工作。
8、坑透时,发射机和接收机操作人员必须佩带便携仪,当瓦斯浓度超过0.8%时,应立即停止坑透工作,人员和仪器及时撤离现场。
9、坑透工作必须明确项目负责人、技术负责人、安全负责人。
坑透时,必须保证安全负责人、技术负责人、安检员及所有工作人员到岗后方可开始坑透。
十、坑透效果分析
坑透对陷落柱的探测效果很好,煤层变薄带次之,断层探测效果最差。
一般陷落柱的探测准确率在90%以上,直径15m以上的陷落柱探测准确率达到100%。
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