资源描述：
《无线电波坑透技术在矿井中的研究与应用》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。
1、无线电波坑透技术在矿井中的研究与应用江苏地质,31(1),20—24,2007无线电波坑透技术在矿井中的研究与应用徐衍和,董守华,李东会(1.山东煤田地质局物测队,山东泰安271021;2.中国矿业大学资源与地球科学学院,江苏徐州221008)摘要:通过对电磁波坑透探测原理的分析及在矿井的实际应用,对探测方法,数据采集的方法,资料处理和解释及探测效果进行评价,可以证实电磁波坑透在矿井中是一种有效的探查技术.关键词:工作面;电磁波;坑透;矿井中图分类号:P631.2+23文献标识码:A文章编号:1003-6474(2007)01-0020—050引言在矿井回采工作面生产过程中,各种
2、地质异常体如断层,陷落柱,褶曲,煤层厚度变化及煤岩层的破碎等对回采工作面正常生产及顶板安全管理,往往产生不利影响.应用电磁波坑透技术,可以定性到半定量地探查,分析各种构造,并用以指导工作面的安全生产.1坑道无线电波透视法基本原理坑道无线电波透视法,又称坑透法.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,Ig)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,也造成能量的损耗,致使接收巷道中的电磁波信号十分微弱甚至接收不到透射信号,形成所谓的透射异常(又称阴影异常
3、,见图1a,图1b).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,这就是坑透法的基本原理.WKT-6型坑透仪只测固定频率透射电磁波的磁场日(或电场E)振幅分量.在电磁波射线路径上介质电磁性质的变化和波导阻抗的变化,造成电磁场强度的变化,因此分析电磁场强度的变化就可以预测工作面内介质的物性变化.在不考虑电磁散射的前提下,电磁波的传播路5—1O(a)图1电磁波透视法工作原理图(a)-矿井巷道工作布置图;(b).衰减曲线剖面图径可以用射线近似,此时煤层中传播的电磁波可近似用下式表示:日=Ho~2sin0(1)一r式(1)中,日为介质
4、中某点的实测场强;风为决定发射功率和周围介质的原始辐射场强;r为发射机与接收机之间的直线距离;为决定于工作频率,介质收稿日期12006—02—27:修订日期:2006—03—22;编辑:齐运铎作者简介:徐衍和(1968一),男,山东五莲人,总工程师,主要从事煤田地震勘探管理与技术工作,地球物理专业.第1期徐衍和等:无线电波坑透技术在矿井中的研究与应用21电阻率,介电常数等参数的介质吸收系数;0为发射天线轴与观测点方向间的夹角.显然,H值随r和而变化,其中射线路径上值的变化是使H值发生异常变化的关键因素,如下式所:—■—====—_卢=()√寺[√+()一1](2)由式(2)可知,
5、在一定的频率()范围内,值是介质(煤或岩石)的介电常数,导磁率,电导率的函数.由于煤层与顶底板岩石有较大的电性差异,所以在电磁波射线路径上出现煤层与岩层的交替时(如遇断层或火成岩体)时,就发生与H值的明显变化.又由于煤层相对于顶底板岩层是一种波导介质,当煤层厚度发生变化时,其波导阻抗就发生变化,则造成值和H值的变化.2无线电波透视资料的整理与解释2.1综合曲线法将各接收点实测场强E值与相应的理论计算场强E进行对比,取得的数据称为衰减系数P,即FP=(3)O取接收点点位为横坐标,取E,E.和P为纵坐标,将同一发射点对应接收点的实测场强E,理论场强E或衰减系数P按比例绘制成图,就得到
6、关于上述3条曲线,称为综合曲线图(图2).根据图2中各参数的曲线特征,可确定出异常体的边界点(或中心点).将边界点(或中心点)与对应的发射点相连,此线就表示隐伏导含水构造几何阴影范围.根据多条连线交汇,就可圈定出异常体的轮廓,综合曲线图是无线电磁波透视勘探解释推断的主要图件.2.2绝对衰减层析成像由于综采工作面煤层的倾角都小于25.,发射天线与观测点方向近乎正交,即在0=90.时,式(1)变为:D—OrH=Ho(4),式(4)中,H,的单位为微伏,r的单位为m,的单位为奈培/m.对(4)式两边取对数,经变换后可得:10图2综合曲线图fir=Ho—日一101gr(5)式(5)中,H
7、,,r的单位为分贝,中的r单位为m,的单位为分贝/m(因分贝是以常用对10为底的对数乘以20后得的数,即201g.奈培是用自然对数来表示的级差单位).巷道1接收点///●/一l/////巷道2发射点图3层析成像剖分示意图图3是一个工作面被网格化后的示意图.把网格化后每个均匀的小块称为一个像素,在此区域内有一条射线Y穿过了衰减系数分别为.,,…,的诸像素,并在这些像素上的截距分别为dd,…,d这样在第i条射线路径上则有:nfir=d,(6)把式(6)代人式(4)中可得到第i条射线的
