煤矿综采工作面无线电波透视技术研究.pdf

安徽理工大学 硕士学位论文 煤矿综采工作面无线电波透视技术研究 姓名肖玉林 申请学位级别硕士 专业地球探测与信息技术 指导教师吴荣新 20100605 摘要 摘要 随着煤矿机械化采煤技术的提高，大走向长大面宽综采工作面倍受煤矿企 业青睐。除提高安全回采技术外，能否准确预报综采工作面内地质构造赋存情 况，是制约矿井高产高效安全生产的关键之一。无线电波透视技术具有快速、 轻便和成本低等优点，为目前矿井广泛采用的矿井物探技术，但目前坑透观测 系统和处理软件系统存在一些缺点，特别是很难适应现代大走向长大面宽综采 工作面探测，这就限制了无线电波透视技术的应用。 论文在无线电波透视基本理论上，通过对现有无线电波透视观测系统的研 究，综合考虑地震法和直流电法勘探技术的观测系统优势，提出无线电波透视 “一发双收”的观测系统原理，并重新编写无线电波透视C T 软件系统。通过 相关试验，深入分析“一发双收“ 观测系统的特点，对仪器设备调制、数据一 致性、数据处理等都进行了针对性的分析研究，表明“一发双收“ 观测系统对 大走向长综采工作面具有良好的适应性，其探测效果达到预期目标。 结合地面试验和井下试验对无线电波透视“一发双收“ 观测系统及其数据 处理等关键技术进行研究，将“一发双收’’观测系统运用煤矿综采工作面的内 部地质异常体探测，在大走向长工作面探测中代替常规的“一发一收’’观测系 统，提高了数据采集速度及增加透射数据量，同时减轻技术工作人员的劳动强 度；结合“一发双收’’观测系统采集数据特点，提出对“一发双收’’采集数据 校正和处理，并编制了无线电波透视C T 数据处理软件系统，最终实现了“一 发双收“ 坑透的软件、硬件条件。 通过淮南矿区3 0 个综采工作面探测试验及应用，部分工作面已回采验证探 测效果，反馈结果良好，进一步说明无线电波透视“一发双收“ 观测系统具有 很强的实用性。 图[ 3 1 】表[ 7 】参[ 4 6 】 关键词综采工作面；无线电波透视；一发双收观测系统；层析成像 分类号lP 6 3 1 ； 安徽理工大学硕士学位论文 A b s t r a c t W i mt h em e c h a n i z a t i o no fc o a lm i n i n ga n di m p r o v e m e n to fc o a l ．m i n i n g t e c h n o l o g y , l o n ga n db r o a df u l l m e c h a n i z e dw o r k i n gf a c eh a sb e e ng a i n i n gm o r ea n d m o r ep o p u l a r i t yi nt h ec o a lm i n ei n d u s t r y ．B e s i d e st h ee n h a n c e m e n to fs a f ea c t u a l m i n i n gt e c h n o l o g y , t h ea c c u r a t ef o r e c a s to ft h eo c c u r r e n c eo fg e o l o g i c a ls t r u c t u r ei n t h ef u l lm e c h a n i z e dw o r k i n gf a c ei so n eo ft h ec r i t i c a lf a c t o r st og u a r a n t e et h es a f e a n de f f i c i e n tp r o d u c t i o no fam i n e ．T h er a d i o w a v ep e n e t r a t i o nt e c h n o l o g yi s c h a r a c t e r i z e db yh i g hs p e e d ，l i g h t w e i g h ta n dl o wc o s t ，a n di s w i d e l ya d o p t e di n m i n e sf o rg e o p h y s i c a lp r o s p e c t i n g ．H o w e v e r , t h ee x i s t i n gc o a lm i n ep e n e t r a t i o n s y s t e ma n dr e l e v a n ts o f t w a r ei sd e f e c t i v e ，e s p e c i a l l yi nt h a tt h e ya r en o ta p p l i c a b l ei n p r o s p e c t i n gl o n ga n db r o a df u l l - m e c h a n i z e dw o r k i n gf a c e s ．T h i sh a sr e s t r i c t e dt h e a p p l i c a t i o no ft h er a d i o - w a v ep e n e t r a t i o nt e c h n o l o g y ． B a s e do nt h eb a s i cr a d i o - w a v ep e n e t r a t i o nt h e o r y , t h r o u g ht h er e s e a r c ho nt h e c u r r e n tr a d i o - w a v e p e n e t r a t i o no b s e r v a t i o ns y s t e m ，i nc o m b i n a t i o nw i t h t h e a d v a n t a g e so ft h eo b s e r v a t i o ns y s t e mo fs e i s m i cm e t h o da n dD Cp r o s p e c t i n g ，t h i s t h e s i sp r o p o s e st h e p r i n c i p l eo ft h eo b s e r v i n gs y s t e mo fo n e - t r a n s m i t t e ra n d t w O - r e c e i v e r , a n dr e c o m p i l e st h eC Ts o f t w a r es y s t e mo fr a d i o - w a v ep e n e t r a t i o n ． A f t e ras e r i e so fe x p e r i m e n t s ，t o g e t h e rw i t ht h e e q u i p m e n ta d j u s t m e n t ，d a t a c o n s i s t e n c ya n dd a t ap r o c e s s ，t h ec h a r a c t e r i s t i c s o ft h e o b s e r v i n gs y s t e m o f o n e - t r a n s m i t t e ra n dt w o - r e c e i v e ri s a n a l y z e di nd e p t h ．T h er e s u l ti n d i c a t e st h e o b s e r v i n gs y s t e mo fo n e t r a n s m i t t e ra n dt w o - r e c e i v e ri sw e l la p p l i c a b l ei nl o n ga n d b r o a df u l lm e c h a n i z e d w o r k i n gf a c e s ，a n d t h e p r o s p e c t i n gr e s u l t m e e t st h e a n t i c i p a t i o n ． I nc o m b i n a t i o n 、Ⅳi mg r o u n da n du n d e r g r o u n dt e s t s ，k e yt e c h n i q u e si n v o l v e di n t h eo b s e r v i n gs y s t e mo fo n e t r a n s m i t t e ra n dt w o - r e c e i v e ra n di t sd a t ap r o c e s s i n ga r e r e s e a r c h e d ．T h eo b s e r v i n gs y s t e mo fo n e - t r 删t t e ra n dt w o - r e c e i v e ri sa p p l i e di n p r o s p e c t i n gg e o l o g i ca b n o r m a lb o d yi nf u l l - m e c h a n i z e dw o r k i n gf a c e st or e p l a c et h e t r a d i t i o n a lo b s e r v i n gs y s t e mo fo n e - t r a n s m i t t e ra n do n e - r e c e i v e r , w h i c hi m p r o v e st h e d a t ac o l l e c t i n gs p e e da n di n c r e a s e st r a n s m i s s i o nd a t a , a n dm e a n w h i l er e d u c e st h e w o r k i n gi n t e n s i t yo ft e c h n i c a lw o r k e r s ．B a s e do nt h ec o l l e c t i n gd a t ac h a r a c t e r i s t i c s o ft h eo b s e r v i n gs y s t e mo fo n e - t r a n s m i t t e ra n dt w o - r e c e i v e r , am e t h o dt or e c t i f ya n d ．I I ． 摘要 p r o c e s sd a t ac o l l e c t e db yt h i ss y s t e mi sp u tf o r w a r d ，as o f t w a r es y s t e mi sc o m p i l e d t op r o c e s st h er a d i o - w a v ep e n e t r a t i o nC Td a t a , a n dt h ec o n d i t i o n sf o ru s i n gt h e o b s e r v i n gs y s t e mo fo n e - t r a n s m i t t e ra n dt w o r e c e i v e rt op e n e t r a t em i n e sa r ef i n a l l y m e t ． T h es y s t e mi se x p e r i m e n t e da n da p p l i e di n3 0f u l l m e c h a n i z e dw o r k i n gf a c e so f H u a i n a nc o a lm i n e ，a n dt h ea c t u a lm i n i n gi ns o m ew o r k i n gf a c e sh a v er e t u r n e d p o s i t i v ef e e d b a c k , w h i c hf u r t h e rs u p p o r t st h es t r o n gp r a c t i c a b i l i t yo ft h eo b s e r v i n g s y s t e mo fo n e - t r a n s m i t t e ra n dt w o - r e c e i v e ro f t h er a d i o w a v ep e n e t r a t i o n ． F i g u r e 【31 】t a b l e [ 7 】r e f e r e n c e [ 4 6 】 K e yW o r d s - M e c h a n i z e dm i n i n gf a c e ；R a d i ow a v ep e n e t r a t i o n ；t h eo b s e r v i n gs y s t e m o fo n e - t r a n s m i t t e ra n dt w o r e c e i v e r ；T o m o g r a p h y C h i n e s eb o o k sc a t a l o g P 6 31 ．．I I I ．． 1 绪论 l 绪论 1 ．1 选题背景及意义 煤炭是我国目前的主要能源之一，煤炭工业是涉及能源安全和国民经济命 脉的重要基础产业。2 0 0 9 年全国煤炭总产量达到3 0 亿吨，综合考虑经济增长 和电力、钢铁工业继续快速增长等因素煤炭总需量求还将继续快速增加。国家 目前正在大力整合煤炭资源，整合小型煤矿，发展大、中型煤矿。目前，大型 煤矿采掘机械化程度达到9 5 ％以上，中型煤矿达到8 0 ％以上，小型煤矿机械化、 半机械化程度达到4 0 ％。安全高效煤矿数量达到3 8 0 个，产量占全国的4 5 ％， 其中千万吨级煤矿达到2 5 ％。为了确保煤矿高产高效生产，需加强高精度快速 勘探技术。煤矿当前高产高效高安全地质保障系统中，对综采工作面内隐伏构 造的探测要求越来越高。综采工作面地质构造复杂主要指工作面内隐伏断层发 育，且断层之间切割关系复杂；综采工作面形状不规则，倾角变化比较大；综 采工作面斜长比较大，隐伏的地质构造更复杂。这些复杂地质条件对煤矿开采 影响很大，若在回采之前，早作准确预报，提前做好准备，不仅能保证煤矿安 全生产，而且能确保生产顺利进行，提高生产效率。因此，煤矿综采工作面回 采前都要先进行物探，保证煤矿的安全生产。勘探煤矿综采工作面的物探类方 法比较多，主要包括电法C T 、地震C T 、音频电透视技术、无线电波透视技术。 而在这些方法中，电法C T 和地震C T 需要人力比较多，而且比较费时，尤其地 震C T 还需要放震动炮，需要现场多方协调，操作程序复杂。所以，无线电波 透视技术在国内外备受青睐并得到很快的发展，特别是在对煤矿综采工作面的 突出危险和水害严重的煤层中预测瓦斯、突水和地质构造问题，无线电波透视 技术已经成了重要的物探手段。但是，现有的无线电波透视技术对走向较长和 倾向隐伏断层很难探测；现有的无线电波透视数据采集方式也有一定的局限， 接收端采集数据的技术员需要来回跑，比较费时费力，现场劳动强度大。目前， 煤矿很多工作面大于2 0 0 0 米，这样的工作面使用无线电波透视勘探一般需要 两、三个工作日，而矿方一般由于生产任务紧，安排停电时间做物探有一定的 困难，要求尽快勘探完毕。因此，需要研究更快更方便的无线电波透视技术。 本文就是对煤矿综采工作面无线电波透视技术展开研究。 本课题研究意义是熟悉复杂地质条件下电磁波在煤层中传播、反射和吸收 的规律；对无线电波透视技术的现场观测系统进行改进，实现“一发双收”，从 安徽理工大学硕士学位论文 而更省时省力的勘探煤矿综采工作面；编写快速处理无线电波透视数据的软件 系统，提高对煤矿综采工作面内各种地质条件的勘探和预报的准确率，努力为 煤矿高产高效安全生产提供技术服务。 1 ．2 无线电波透视技术研究现状 无线电波透视方法 也叫坑透法 最初是由苏联学者A ．D ．彼德洛夫斯基于 1 9 2 9 年提出。他称之为无线电波阴影法。 二战后，1 9 4 6 年全苏地球物理勘探研究所在阴影法的基础上继续研究开发， 制作了钻孔中用的仪器，使本方法具备了应用的条件，并更名阴影法为无线电 波透视法。 国外在2 0 世纪7 0 年代对地下电磁波的吸收介质和煤层中的传播进行了大 规模理论研究，把层析成像技术引入到地下电磁波法资料处理解释当中；8 0 年 代又进一步对不连续煤层中的传播理论展开了研究，其算法主要是基于直线的 A R T 、S I R T 等算法，并提出抗干扰的相对层析成像技术【。 19 61 年我国地质部地球物理探矿研究所 下称物探所 开始无线电波透视 法的研究。当时只能得到苏联的很少的有关信息，在极少资料的基础上制作了 自己的钻孔仪器J W T - 1 和有关的设备，进行了实地的试验，并于1 9 6 5 年取得 了应用效果。自此，我国的地下无线电波法的仪器制作走上了自立、创新的道 路，为本方法的研究、应用和推广提供了硬件保证和支持。此外，我国的地下 无线电波仪器设备随着方法的应用和研究的发展，表现了很强的我国自己的特 点1 7 1 。 1 9 7 3 年一1 9 7 5 年物探所与当时的北京地质学院合作进行了水槽模型试验， 进行了比较系统和大量的物理模型观测和研究。 1 9 8 0 年地矿部北京计算中心基于层析成像原理，开发了层析成像处理解释 软件，并与物、化探所的地下物探室合作共同开发了多频跳频扫描数据采集和 处理解释、成像集于一身的硬、软件结合的方法系统，国外同行称这类方法系 统为R I M 系统 即R a d i oI m a g i n gM e t h o d 之简称 【7 1 。 2 0 0 1 年_ 2 0 0 8 年安徽淮北矿业集团公司的王琦、中国矿业大学北京校区的 宁书年、中国矿业大学的董守华、官云章及煤炭科学研究总院西安研究院的刘 广亮等人对无线电波透视的层析成像算法及应用的研究，进一步研究一些特殊 算法处理数据，得到合理的、直观的、更有利于地质解释的重建图像【引。 目前，国内主要有两款无线电波坑透仪器煤炭科学研究总院重庆研究院 - 2 - 1 绪论 研制的W K T - E 和中国地质科学院地球物理地球化学勘查研究所设计生产的 W K T - 6 型。W K T - E 工作频率有0 ．3M H z 、0 ．5M H z 和1 ．5M H z 。W K T - 6 工作 频率有0 ．3 6 5 M H z 和0 ．9 6 5 M H z 。本文试验和现场工程应用所使用的仪器是 W K T - 6 。该型仪器穿透距离较大、持续工作时间较长、操作方便。 无线电波透视技术经过3 0 多年的推广应用，取得了很好的效果【1 3 】。通过在 西山、阳泉、大同、璐安、晋城、开滦、峰峰、邯郸、平项山、义马、鹤壁、 徐州、淮北、淮南、南桐、资兴等数十个局矿工作面的探测，充分说明坑道无 线电波透视法能够较有效地圈定出工作面内的正常区和异常区，能够发现和探 测出能引起电性变化的各种地质构造情况，为煤矿生产提供比较准确的地质资 料。 但现有无电波透视技术都是一台发射机发射一台接收机接收的收发装置。 这种方法是典型的参数发射点间距5 0 m ，接收点间距1 0 m ；一个发射点发射 4 m i n ，搬站l m i n ，接收范围1 0 0 m 。这样的观测系统不适应现在大、中型煤矿 综采工作面 走向长≥2 0 0 0 m 无线电波透视，现在综采工作面走向长度很多 大于2 0 0 0 m 。目前，仪器配套的无线电透视数据处理软件使用起来不是很方便， 坐标的输入严格要求接收点间距1 0 m 以及要求0 号点从切眼位置开始，这些要 求都不能真实反映现场布置；仪器配套的软件还有一些使用不方便，这就需要 重新编写一套无线电波透视数据处理软件，克服以上缺点。 1 ．3 主要研究内容与研究思路 1 ．3 ．1 主要研究内容 煤矿综采工作面无线电波透视技术是一项复杂的工程系统，包括基本理论 研究、仪器设备研制、数据采集观测系统、数据处理与成像理论、异常解释和 应用等内容。本课题在煤矿综采工作面无线电波透视技术中的数据采集观测系 统和软件处理技术上有新的突破，力求实践应用在淮南矿区创造更大的经济价 值。主要研究内容有以下四个方面 1 ．研究现有数据采集观测系统，对现有数据采集观测系统进行改进；提出 一发双收的观测系统，并对一发双收数据采集观测系统的进行试验和总结。 2 ．对现有的层析成像算法进行学习研究，寻找比较合适在复杂地质条件下 工作面内无线电波透视，消除系统误差、数据校正和数据拼接；编写无线电波 透视处理软件，实现用计算机绘制实测场强图、吸收系数图的功能。 ．3 ． 安徽理工大学硕士学位论文 3 ．无线电波透视结果具有多解性，需要总结在淮南矿区工作面无线电波透 视技术的解释规律，提高解释的准确率和精度。 4 ．研究电磁波在复杂条件煤矿工作面内的传播、吸收和反射特征，以使煤 矿无线电波透视电磁理论更加完善；研究和探索不同地质异常在物性方面的显 现特点、不同性质地质异常的场强值及吸收系数值反映规律。 1 ．3 ．2 拟解决的关键技术问题 1 ．提出一发双收数据采集观测系统，关键技术问题是对仪器设备调制、现 场数据采集及数据处理，并进行有效的分析、试验和验证，力求适用于大走向 长综采工作面的探测。 2 ．编写无线电波透视处理软件，软件应具有数据预处理、数据处理、反演 成图和结果输出，成像技术是关键。 3 ．总结淮南矿区无线电波透视经验，研究综采工作面透视异常规律，提高 地质异常解释的准确度。 1 ．3 ．3 研究思路 在矿井综采工作面物理场理论和无线电波透视理论上，结合地震和直流电 法的一点激发多点采集数据的思想，提出“一发双收’’方式数据采集系统，通 过“一发双收“ 装置的调制及地面和井下试验进行“一发双收’’方式数据采集 系统研究，获得有效的“一发双收“ 数据采集观测系统；编制无线电波透视数 据处理软件，实现处理一发一收和一发双收的数据技术、几何交会法绘图、实 测场强成图及吸收系数S I R T 、A R T 、L S Q R 迭代技术，对数据进行处理、剔除和 平滑；进行现场数据采集与试验应用研究，结合已经探测回采验证的工作面异 常对比分析，进一步完善数据处理和异常解释技术，建立一个能够快速处理无 线电波透视数据处理的软件系统，图1 为本文主要的技术研究路线图。 - 4 1 绪论 图1 技术研究路线图 F i 9 1 ．R o u t eo f t e c l m i q u ea n ds t u d y ．5 ． 安徽理工大学硕士学位论文 2 无线电波透视技／术I X ．二／L 箕瓦H 三Z 及朋皇1 批了X 2 ．1 无线电波透视基本理论 2 ．1 ．1 地质地球物理基础 在井下煤、岩层中电磁波的传播，其强度、相位大小直接与煤、岩电阻率P 、 介电常数￡和磁导率／z 等电磁参数有关。大量的现场实验和实验室煤、岩样测 定结果表明，矿区各煤层与项底板都有明显的电磁性质的差异，这就是采用无 线电波透视的地质地球物理基础。 1 ．煤、岩电磁参数 煤的变质程度对其电阻率有决定性的影响。在成煤过程中，随着炭化作用 的进行，煤的变质程度增高。煤的含炭量逐渐增多，挥发物减少。煤的电阻率 也相应的减小。另外，煤与其它岩层一样其电阻率与湿度的关系密切，煤层及 其顶底板岩层中部分含有一定的水分。水溶解了煤和顶底板岩石的矿物质。呈 一种带极性分子的溶液存在于煤层及岩层空隙中，为离子导电物质，因此对电 阻率影响很大。水分越高，湿度越大，则电阻率变小，电磁能量的衰减增大。 正因如此，井下利用无线电波透视可成功地探测含水破碎带及断层裂隙带等地 质问题。 介电常数是表征岩、矿石在电场中的极化程度的一个物理量。它与物质成 分、结构和湿度等有关。介质的介电常数与真空的介电常数比值称为相对介电 常数￡，。表1 列出主要岩、矿石的相对介电常数￡，。有表l 可知，一般胶结岩 石的￡，约在l O 左右，而纯水的￡，最大，其值可达8 0 ，煤的￡，是最低的。煤、 岩的相对介电常数￡随湿度的增高都有不同程度的增大。 表1 常见岩矿石的相对介电常数e T a b l e lt h er e l a t i v ep e r m i t t i v i 够o f r o c k sa n dm i n e r a l sc o m m o n l y 2 ．吸收系数与电磁参数的关系 在煤层中进行无线电波透视，具有显著的特点 1 交替成层的含煤地层是典型的非均匀介质，但基本上都是层状介质； 2 巷道通常是沿煤层掘进的，而极少布置在煤层的顶板或底板岩层中。 考虑到1 ，则介质电性参数 ￡、∥、P 都要用垂直层理和平行层理的X 、 ．6 ． 2 无线电波透视技术 Y 、Z 三个分量，才能完整的表达透视中波的参数。这样就是使其资料解释工作 较在均匀各向同性介质复杂得多。而考虑到2 ，综采工作面的巷道通常布置在 煤层中 除遇断层或薄煤区外 ，如果在发射时，发射机和接收机均置于同一煤 层中，而在大多数情况下，煤层在一定范围内横向的变化是均匀的，因此，仍 可以利用均匀各向同性介质中应用较为简单的公式进行计算和解释。而在厚煤 或几层煤同采中，当巷道不是布置在同一水平层位 如一条巷道靠近顶板，而 另一条巷道靠近底板 ，收发问的连线与煤层层理的角度较大、穿越煤层、夹矸 时，煤层非均匀介质的影响才不可忽视。 电磁波传播理论是以麦克斯韦方程组为基础，根据不同情况求出所需波动 方程的解，然后应用到无线电波透视技术上。电磁波在均匀介质中的辐射场随 距离呈一定的规律变化。电磁波辐射场能量的大小，除受发射机输出功率大小 的影响外，还取决于天线的辐射形式。因此，选择一定的天线形式使其获得最 佳匹配，辐射出最大的能量具有重要意义。在实际应用中，根据巷道条件并考 虑方向因子较简单的天线，一般采用长度小于波长的短偶极子。 假设原点A 在辐射源 天线轴 中心，在无限均匀、各向同性的介质中， 观测点P 到A 点的距离为，． 观测点在辐射场内 ，在此条件下求解导电介质中 的波动方程。即可求得P 点的电磁场强度H r H r H 。生厂 p 2 ．1 z ， 式中H r 决定于发射功率和天线周 围介质的初始强度； ∥介质对电磁波能量吸收系数； ，．_ P 点到A 点的直线距离； 厂 口 方向因子； 秒偶极子轴与观测方向的夹角。 图2 偶极子天线辐射场 F i g ．2d i p o l ea n t e n n ar a d i a t i o nf i e l d 从2 ．1 式中看出，决定P 点场强值大 小的有四个参量。在辐射条件不随时间变化时，H o 是一个常数。吸收系数∥是 影响场强值的主要参数，因为场强值是以e 随距离呈指数规律衰减的，P 值越 大，场强衰减越快。其方向因子．厂 口 s i n 0 在发射机天线轴的垂直方向上 秒 9 0 0 ，辐射的电磁场能量最强，当观测点平行于天线方向移动时 0 变 小 场强变小，当观测点位于天线轴方向时 0 0 0 场强值为最小。垂直时， 则s i n 秒。1 ，公式可简化为 - 7 ． 安徽理工大学硕士学位论文 H ， H 。生 ， 9 ．- 2 式为无线电波透视法基本公式。 由吸收系数表达式嘲1 p 酬瓦 2 - 2 2 ．3 可以看出，∥是介质电磁参数仃，g 岛s ，，∥及工作频率国 2 万的函数， 因此讨论∥与电磁参数和工作频率的关系具有重要意义。 当频率／较低时，∥随／的增加而增加，夕变化明显；高频情况下，夕值 变化不明显，达到某一极限值后趋于饱和，且越大，其仃极限值越小。如开滦 范各庄矿2 ．2 m 厚的肥煤层，采用工作频率为厂 1 ．5 M H z ，∥ 0 ．7 4 7 ，透射距 离r 1 4 0 m ；当f 3 ．0 M H z 时，∥ 1 ．0 7 1 M H Z ，透距， 1 1 0 m 。结果说明， 考虑透射大透视距离时，应选用较低工作频率；为提高分辨能力，则选用高频 更适宜。 介质电阻率P 较低时，∥值主要由p 和厂决定，当p , 1 E 4 , 时，∥z 4 鬲u ／2 ， 与e 无关；当P 很高时，∥值主要由p 和￡决定，而与．厂无关。 卢与介电常数占的关系曲线表明，卢与￡关系不大，但在占较小和P 较大时， p 仍有一定影响，只是与电阻率对∥的影响相比，其影响要小得多。 2 ．1 ．2 吸收系数和初始场强的确定 在数据处理中需要确定理论场强日。值，用日。代替胁，则2 ．2 式变化为 p 一／l , 日oHo二一2-4 式中日o 距发射点距离为r 的理论场强值。 因此计算日。时，首先要确定介质的1 3 和初始场强凰值，求取1 3 和风值可 采用计算法和实测场强法两种方式1 8 1 。 1 ．1 3 和日。计算法 求p 值可用2 ．3 式计算取得。 H o 由下式计算 H 0 } 鹰 协5 ．8 - 2 无线电波透视技术 式中厶天线电流波幅值； 厶介质波长； 厶有效高度。 以上各计算式中参数o 、￡、p 、j l D 、丸需经实验测得，而岩样标本测定结 果一般在较大范围内变化，且较难取得能代表岩层的实际参数值，因此一般是 通过井下条件试验工作，用实测场强法求取p 和H 。值。 2 ．实测场强值法 选择均匀介质地段设置发射点，距发射点分别为1 和吃两点接收场强为马 和凰，可认为在该均匀介质中实测场强日。 或皿 值等于理论场强值日o 。根 据2 - 4 式有 口一廓 H l H o 二一 2 6 日2 风尘 ，2 移相相除，并取自然对数 h 1 尝一觑 俄 则吸收系数B 值为 ∥ 呈丝 量二 呈堡垒 。 ，2 1 初始场强为 2 - 7 2 - 8 2 9 忙等 k 警 Q 。∞ 3 ．图解法求B 和风方法 由于煤层并非完全均匀，上述任选两点实测场强计算出的B 和风值与实 际仍存在大的差异，为了求取准确的正常理论场强值日o ，在条件允许情况下， 通常采用图解法求B 和风值。将多点实测的日。，日，⋯，日。值乘上相应的 ．9 一 安徽理工大学硕士学位论文 发一收距离‘，r z ，⋯，，，作为横坐标， 的趋势作l n H r 一，曲线 称吸收系数线 ， 值。 1 0 6 ‘- 乏 1 0 - “ 靳”II “枷 ，I ■ ‘ 1 ．实测曲线；2 ．理论曲线 图3h l 胁一，．曲线 F i g ．3 l n H r - - rc u r v e 作散点图 图3 。由l n H r f r 散点 根据l n H r - r 线可直接求取B 和风 图4 日。一，．曲线 F i g ．4 日。一，c u r v e 由2 - 9 式知，l n H r 一，线斜率等于B 值，故在l n H r 一，．直线上任选两点 和 ，2 ，有∥l n H i r I - l n H 2 r 2 。 ，2 一厂l 由2 - 4 式出发，取对数得 l n H r l n H o 一伊 2 1 1 当r 一0 时，则l n H rzI n H o ，或H o H r ，即吸收系数线与纵坐标交点处的 附值，即为矾值。 B 和风确定后代入2 4 式，即可计算出理论场强值或绘制出一条l n H o r 曲线 图4 。根据发射一接收点的距离r ，可在该曲线上求取相应点的理论场强 值。l n H o 一，曲线的作法为在吸收系数线日 ，一， 分贝 上，将每一日 ，． 分 贝 减去相对应的距离r 分贝 ，便得到相应观测点‘，，2 ，⋯的场强值日。，日2 ， ⋯。以日。为纵坐标，r 为横坐标，绘出日。一，．理论场强曲线 采用单对数坐标， 可绘出l n 日。一，曲线 。 - 1 0 ． 2 无线电波透视技术 4 ．吸收系数曲线回归分析法 采用图解法绘制吸收系数曲线带有很大的随意性， 效果，应用直线回归分析方法，可快速简便 地获得更为合理的吸收系数曲线。 图5 为日。一，0 吸收系数曲线，可用直线回 归方程表示，即 1 5 0 Y 口 h 2 ～1 2 式中a 、b 方程系数； Y 一变量l n H r 。 鼍 此方程可改写为如下形式 恚 胁口 撕 2 1 3 5 0 当r O 时，则H r a H o 当H r O 时，则 为取得实测数据的最佳 安徽理工大学硕士学位论文 化引起的，超过一定的限度就成为干扰因素。 3 在无线电波透视中，电磁波传播遇到地质体会产生反射、散射现象也会 影响直达波强度。 对于以上地质因素产生的干扰因素，应该采取相应的措施排除或避免。在 做条件试验时，应选择巷道干扰因素较少的地段进行，以便确定符合被测工作 面的电性参数。测量时，接收机各测点与发射机测点都应处在同一层位中。对 无线电波透视工作面巷道的地质情况作详细调查、记录、并结合矿区主要地质 构造的发育特点，进行资料综合分析判断，剔除干扰因素，使测量资料的解释 结果更符合实际。 2 ．人工导体干扰因素及排除措施 煤矿井下巷道中的人工导体 如金属支架、金属管道、铁轨及电缆等 对 电磁波的传播起干扰作用，但不同的导体对电磁波传播的影响不同【4 3 】。 1 金属支架，对电磁波有少量的屏蔽吸收作用，发射点尽量远离金属支架 密集地点。 2 接地的铁轨、电溜子，对电磁波有一定的导引作用。存在二次场，实际 观测中发现在铁轨附近，场的梯度较大，二次场的影响范围在0 ．8 m 以下，故接 收天线距离铁轨、电溜子高于l m ，二次场的影响就可忽略不计。 3 悬挂在巷道壁上铁管的二次场的强弱，与距发射点的远近有关，在铁轨 不连通的情况下，二次场很弱，接收天线环离开l m ，影响可忽略不计，同巷道 发射接收，二次场的干扰较大，与电缆干扰强度类似。 4 电缆、金属锚网及其它导体，对电磁波有很好的导引作用。天线辐射的 电磁波感应到导线上沿着导线传播，成为电磁波的二次辐射源。接收巷道有导 线时，天线接收的场，有从煤层来的直达波和导线上的二次辐射场，当二次辐 射场大于直达波时，它就掩盖了直达波，使无线电波透视数据失效，无法进行 正确的解释。 5 工作面掘进贯通之后，未安装回采设备之前，借拆、装设备的间隙时间， 进行无线电波透视工作最为合理有利，无线电波透视和生产两不误。此时，进 行无线电波透视减少很多繁琐的准备工作和辅助工作，并使无线电波透视工作 有一个良好的环境，取得良好的效果。 - 1 2 - 2 无线电波透视技术 2 ．2 观测系统的改进 2 ．2 ．1 一发双收观测系统提出 无线电波透视观测一般在两巷道间进行，如在回风巷布置发射点，向煤层 中发射某一频率的电磁波，在运输巷