無線電波透視方案設計

1、王晁煤礦20111工作面無線電波透視勘探方案設計 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark12 o Current Document 1工程概況12無線電波透視法探測方法及原理1 HYPERLINK l bookmark18 o Current Document 2.1無線電波透視法基本原理1無線電波透視方法1透視工作方法1 HYPERLINK l bookmark25 o Current Document 使用儀器及工作頻率2資料整理與解釋32.3.1場強對比法3 HYPERLINK l bookmark32 o Current Document CT成像法33施

2、工布置與數(shù)據(jù)采集5 HYPERLINK l bookmark38 o Current Document 3.1施工條件要求5 HYPERLINK l bookmark41 o Current Document 3.2發(fā)射點設計5 HYPERLINK l bookmark44 o Current Document 4工程預算5附圖1無線電波透視測點設計圖61工程概況20111工作面退尺長約820m，面寬為140m。本次采用無線電波透視CT成像法來探測工作面內(nèi)地質(zhì)異常區(qū)的賦存情況。主要內(nèi)容 為：（1）查明巷道揭露落差大于1.0m斷層的延展情況；（2）巷道揭露煤層變薄區(qū)（M1.0m隱伏地質(zhì)異常體影響

3、范圍。2無線電波透視法探測方法及原理2.1無線電波透視法基本原理電磁波在地下巖層中傳播時，由于各種巖、礦石電性的不同，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，當波前進方向遇到斷裂構造所出現(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。因此，在礦井下，電磁 波穿過煤層途中遇到斷層、陷落柱或其它構造時，波能量被吸收或完全被屏蔽，則在接收 巷道收到微弱信號或收不到透射信號，形成所謂的透視異常。研究采區(qū)煤層、各種構造及 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。2.2無線電波透視方法2.2.1透視工作方法井下坑透法一般在兩巷道

4、間進行，如在回風巷布置發(fā)射點，向煤層中發(fā)射某一頻率的 電磁波，在運輸巷安置接收機觀測電磁場場強H信號，電磁波在煤層傳播中遇到介質(zhì)電 性變化時，電磁波被吸收或屏蔽，接收信號顯著減弱或收不到有效信號，如沿巷道多點觀 測，則形成所謂的透視異常。發(fā)射點和接收點可布置在回風巷、運輸巷等易于通行和干擾 小的地段。井下觀測方法有同步法和定點法兩種方式。同步法是發(fā)射天線和接收天線分別位于不同巷道中，同時等距離移動，逐點發(fā)射和接 收，較少采用。如圖2-1所示。圖2-1無線電波坑道透視同步法發(fā)射與接收示意圖定點法是發(fā)射機相對固定于某巷道事先確定好的發(fā)射點位置上，接收機在相鄰巷道一 定范圍內(nèi)逐點沿巷道觀測場強值。又

5、稱定點交匯法。一般發(fā)射點距50m，接收點距10m。 每一發(fā)射點，接收機可相應觀測1520個點。如圖2-2所示。觀測基本步驟：（1）在觀測前，預先安排好觀測約定時間順序，列出時間表格，發(fā) 射和接收各持一份；（2）觀測時，嚴格按時間表執(zhí)行，發(fā)射機天線應平行巷道，懸持成 多邊形，應保持發(fā)射信號穩(wěn)定；（3）接收天線環(huán)面對準發(fā)射機的方向，即觀測最大值方 向。圖2-2無線電波坑道透視定點法發(fā)射與接收范圍示意圖2.2.2使用儀器及工作頻率地下電磁波衰減的透射異常區(qū)（“陰影”區(qū)）并非單由一次場的吸收所形成的，而且還 受很多其它因素的影響。如感應二次場引起的干涉、煤層（或巖層）的不均勻性和各向異 性、直達波、巷

6、道的反射及漫反射波，以及煤層頂?shù)桶宓膰鷰r波等。所以觀測場強值可能 是幾種波的綜合值。結果使“陰影”變得模糊，以致于不能準確判定異常體位置，因此，選 擇最佳工作頻率是很關鍵的。頻率過高，即使是高阻的巖石也會產(chǎn)生明顯的吸收作用，結 果很可能不能突出要尋找的地質(zhì)異常體的“陰影”區(qū)。而地質(zhì)異常體的圍巖卻形成了“陰影” 區(qū)；如果頻率過低，則由于一次繞射作用，使得要尋找的地質(zhì)異常體可能被掩蓋。為了得 到明顯的“陰影”區(qū)，必須選擇最佳的工作頻率。本次無線電波透視CT工作采用WKT-6型無線電波坑道透視儀，發(fā)射機和接收機為 礦用本質(zhì)安全型。WKT-6型無線電波坑道透視儀，有2個頻點0.365MHZ和0.965

7、MHZ 可供選用。根據(jù)工作面的實際情況，采用0.965MHZ。2.3資料整理與解釋2.3.1場強對比法通常用圖示方法來描述沿觀測巷道或在透射范圍內(nèi)場的變化規(guī)律。綜合曲線圖：將同一發(fā)射點對應接收點的實測場強H值、理論場值H0值和衰減系數(shù) n值按給定比例尺繪制成剖面圖。以接收點點位為橫坐標。交會平面圖：在采區(qū)平面工程圖上，標定各發(fā)射點和對應的接收點。根據(jù)綜合曲線確 定邊界點，將該點與對應的發(fā)射點連線，于是由不同發(fā)射點所對應的接收點繪出相應的邊 界射線，各射線所圍定的范圍便為異常體的平面位置。如圖2-3所示。圖2-3無線電波透視曲線交會法解釋示意圖2.3.2 CT成像法工作面電磁波透視法采用偶極子天

8、線發(fā)射，在介質(zhì)中任意點的磁場表達式可表示為:e-& .H = H 0sin 0式中：H 0一決定于發(fā)射功率和天線周圍介質(zhì)的初始場強;P一介質(zhì)對電磁波能量的吸收系數(shù)r一觀測點到輻射源的直線距離sin0方向性因子，一般可認為等于1。圖2-4坑透CT成像單元離散示意圖如圖2-4所示，把坑透工作面劃分成有不同吸收系數(shù)的若干小單元(像元)，每一小單 元內(nèi)可視為介質(zhì)均勻的。假設電磁波的第i個傳播路徑為ri，則它可以表示為若干小單元 的距離之和：=d,對沒有射線穿過的小單元，可視d ij= 0，于是公式變成j=iH = H 0.12=_i兩端取對數(shù)有： 工P d = ln( % )i . H x r若在多個

9、發(fā)射點上對場強分別進行多重觀測，便可形成矩陣方程：X D = Y式中：X p .未知數(shù)矩陣；D Y dj.系數(shù)矩陣；Y一已知數(shù)矩陣，即實測值。j=1利用 SIRT 算法（Simultaneous Iterative Reconstruction Techniques 同時迭代重構技 術）、計算矩陣方程可以反演各像元吸收系數(shù)值，從而實現(xiàn)工作面成像區(qū)內(nèi)吸收系統(tǒng)反演 成像。利用反演計算結果可以繪制成像區(qū)吸收系數(shù)等值線圖和色譜圖。3施工布置與數(shù)據(jù)采集3.1施工條件要求現(xiàn)場探測施工時要求停止動力/交流用電，確保采集信號質(zhì)量；兩巷內(nèi)禁止行車，確 保人員及儀器設備安全。3.2發(fā)射點設計在機巷和風巷發(fā)射點布置發(fā)射點，對每個發(fā)射點接