矿井地质雷达在煤矿中的应用现状分析.pdf

科学管理 264 2020年第8期 1 地质雷达探测技术应用原理的阐释 对于地质雷达而言，包含了雷达主机、天线、显 示器以及传输线等部分。在这当中，雷达的天线由发 射天线、接收天线组成。此次研究的为200 MHz的雷 达，相应的发射和接收天线存在一个箱体中；针对 50MHz的雷达，其天线属于独自分开的个体。由发射 天线朝着地下发射相应的宽频带、高频电磁波，而电 磁波信号进行传播的过程中，如果碰到介电差别很大 的介质界面情况下，将产生反射、透射以及折射等现 象。当两类介质介电常数之间的差别很大时，相应的 反射电磁波能量会很大，在反射电磁波接收到信号之 后，会传送给雷达主机设备，将反射电磁波具体的运 动特点加以准确记录，借助先进的信号处理技术，能 够产生具体的雷达扫描图像，依靠有关技术人员进行 准确地判读，对地下目标位置的具体构造加以阐释[1]。 2 矿井地质雷达探测技术具体的应用案例分析 本次研究的煤矿勘探区中出现了小型的陷落柱、 破碎等灾害，而煤层相应的倾角变动很大，主采的煤 层是3、8、15号煤层，具体的探测方位处于15号煤层 的进风巷和回风巷相应的掘进工作面上[2]，如图1所 示。 图1 地质雷达探测的位置图 当巷道的掘进速度加快后，相继处于2个月当中实 施掘进面的雷达探测，一共进行了8次，探测相应进风 巷、回风巷的两个掘进工作面时，利用地质雷达完成探 测任务，准确辨识前方大约50m区域中所隐蔽的灾害源 与煤层倾角的变动情况，确保巷道路掘进的安全[3]。 2.1 雷达探测方式的说明 运用50MHz、500MHz频率天线实施相关掘进工作 面的科学探测，具体检测的时候，借助人为托举的方 法，可以把雷达天线贴到需要进行探测的掘进工作面 上，并沿着测线进行持续地滑动，然后借助手动打标 的方式实现精准地定位，并结合相应的系统配置、天 线滑行的速度，合理设置空间的采样率，此时的雷达 主机设备能够对各个测点反射波相应的时间、振幅值 加以实施测定与记录，形成相应的连续雷达剖面。进 行测定的时候，应适应服巷道的复杂环境，确保雷达 设备能够进行移动，特别对于50MHz的雷达，应该确 保两天线的时刻处于平行、距离不变的状态，关于雷 达掘进工作面测线的布设、探测的方向见下图2。 图2 雷达掘进工作面测线的布设、探测的方向图 2.2 针对相关雷达数据信息的科学分析与处理 进行雷达探测数据信息的处理过程中，涵盖了预 处理、后处理，旨在科学压制规则，进行随机的干扰 影响，进而使较高的分辨率能够在相应的探地雷达图 像剖面上面呈现出具体反射波，提供更加有价值的异 常数据信息，并对其加以有效阐释。 表1 系统采集的相关参数 天线频率/MHz采样时窗/ns增益采样的点数 20030021026 5080031026 2.3 对探测结果的深入研究 2.3.1 科学探测陷落柱 进行8510探测工作面回风巷的探测过程当中，巷 道的宽大概为5m，经过200MHz雷达数据处理与分析之 后，掘进工作面的前边大概5.67.2m、9.213.2m的位 置属于较强的反射区域，结合相应的反射界面，不难 获悉，异常区域和周边的地层加以对比，出现了界面 下陷的情况，同时异常区当中出现了反射幅度的差别 情况，表明异常区域的岩石产生了破碎的现象。由此 判断其属于陷落柱区域。 而200MHz雷达探测的有效距离大概是25m， 50MHz雷达探测的有效距离大概是55m。由50MHz雷 达探测的结果，虽然能够看到陷落柱的位置，不过陷 落柱的边界清晰度却不足。根据巷道掘进验证得出， 矿井地质雷达在煤矿中的应用现状分析 李敬鹏 阳煤集团寿阳开元矿业有限责任公司 山西 阳泉 045000 摘要在科学技术不断进步的推动之下，雷达探测技术得以诞生。对于这种电磁勘探技术来说，能够实现对地下介质 构造与分布的规律情况进行探测的效果。鉴于此项技术不仅便于操控，而且更加直观，所以迅速被运用到煤矿开采工作当 中。本文通过阐释地质雷达探测技术的应用原理，分析了矿井地质雷达探测技术具体的应用案例，从而有效提升矿井地质 雷达在煤矿中应用的总体水平。 关键词矿井 地质雷达 煤矿 应用措施 （下转第268页） 科学管理 268 2020年第8期 主界面的作用，同时注重以下功能的开发。 1）为继电保护整定短路电流计算提供标准的网络 拓扑绘制。通过基础的元器件作为绘图的单元电气接 线图，其中包括系统的母线、变压器、线路以及负荷 元件等，同时对这些图元实现多元化的操作，例如实 现便捷的旋转、删除、添加和移动等多元化的功能。 2）确保网络拓扑模块的设计具备全屏动态的缩放 功能，同时满足屏幕漫游的功能，在对鹰眼功能的实 现时，能够实现随时查看整个网络系统中的概况。 3）需要网络拓扑模块设计中在理论上可以实现无 限大的网络绘制和打印功能。确保网络拓扑系统能够 允许用户绘制大规模的网络图，并可以将网络图氛围 多个小图，以便于更好的进行修改。 4）在网络拓扑模块的设计时，需要其具备母线分 裂与合并的能力，并能够直接通过图形来实现这一系 列的操作功能。 5）系统支持子系统功能。 一旦设定子系统后 ， 程序窗口中将只显示当前子系统中的元件。数据前端 功能将访问 PSS/E数据的复杂性隐藏起来 ，用户可 直接从图形上查询元件电气参数。系统的集成功能 其他模块都无缝地集成进绘图模块 ，用户可以方便地 在图形界面上进行短路、整定等各项操作。 6）确保网络拓扑模块的设计具有良好的电气链接 功能和判别能力。 4 结束语 综上所述，在电力系统的运行过程中，继电保护 对电力系统的设备运行起到了有效的保护作用，而继 电保护装置也需要进行合理的检修和监控，才能最大 程度的促进系统的稳定运行。电力系统的短路故障 和其他较为复杂的故障都伴随着复杂的电磁和极端过 程，通过对电力系统继电保护整定短路电流计算的问 题进行分析和研究，构建完整的短路电流和故障计算 策略，从而提高电力系统的安全运行。 参考文献 [1] 罗庆跃， 李晓明， 佘国鸿， 等 . 零阻抗支路在短路故 障计算机分析中的应用 [J]. 电工技术学报， 2015（4） . [2] 朱浩骏， 蔡泽祥， 侯汝峰， 等 . 面向对象的图形化地 区电网继电保护整定软件研究 [J]. 电网技术， 2014（22） . [3] 郭谋发， 杨耿杰， 黄巍， 等 . 基于模块的发电厂继电 保护整定系统 [J]. 高电压技术， 2015（9） . [4] 刘永祥， 田振军， 等 . 分布式电源不同接入方式对继 电保护影响的分析 [J]. 自动化技术与应用， 2020， 39（03） 118-121125. [5] 秦飞飞， 王栩颜 . 中压配电系统设计中保护用电流 互感器的选用 [J]. 通信电源技术， 2020， 37（5） 115-116. 在相距探测面5.28.4m、9.212.4m的巷道当中具有碎 石，由于煤层出现中断情况，和雷达所预测的两个陷 落柱的出现位置是相同的。 2.3.2 合理探测破碎带 进行8510探测工作面进风巷的探测过程当中，经 过200MHz雷达数据处理与分析之后，从中获知，上端 掘进工作面的左边到右边的黑色虚线的位置出现了1 个条带外形的反射异常区域，其中，条带的宽度大约 55cm，左右发射层面处于连续的状态，通过科学分析 之后，判定是小型破碎带。在掘进工作面的前边大概 58m的位置属于较强的反射区域，不过由于相位和周 边介质的反射图像相同，判断为岩体构造异常区域。 根据巷道掘进验证得出，在与探测面相距大约 1.44.5m的位置，此时煤层产生了条带形状的破碎现 象；在与探测面相距大约59m的位置，煤体表现出块 状，整体的煤质很硬，和200MHz雷达探测的结果相 同。在与探测面相距3234m的位置，出现了1条宽度 大概1.4m的煤体破碎带，和50MHz雷达探测的结果相 同，误差很小。由此表明，对比50MHz雷达，200MHz 雷达探测的精准度更高。 2.3.3 针对煤岩交界面探测结果的分析 经过50MHz雷达数据处理与分析之后，从中获知， 进行8510探测工作面进风巷的探测过程当中，在掘进 工作面的前边大概2530m的位置出现了层面发射信 号，同时发射很强、层面持续，由此推断出在前边会 出现由于地层褶皱导致产生煤层和岩石层的交界面。 根据巷道掘进验证得出，在与探测面相距2633m 的位置，因为地层产生了扭曲的现象，导致砂岩地层 形成，而探测剖面处于扭曲的尖端位置，因此尺度很 小，和雷达探测的结果大概相同。 3 结束语 综合上述阐述和分析可以看出，系统分析与思考 矿井地质雷达在煤矿中的应用现状及有效措施显得尤 为必要，具有一定的研究意义和实施价值。本文通过 阐释地质雷达探测技术的应用原理，分析了矿井地 质雷达探测技术具体的应用案例雷达探测方式的说 明、针对相关雷达数据信息的科学分析与处理、对探 测结果的深入研究。希望此次研究与分析的内容和结 果，能够得到有关煤矿开采工作人员的关注与重视， 并且从中获取到相应的启发和帮助，以便增强矿井地 质雷达在煤矿中应用的实际效果，进而推动我国煤矿 开采行业的可持续发展与进步。 参考文献 [1] 王连成 . 矿井地质雷达的方法及应用 [J]. 煤炭学报， 2019， 115（521） 105-109. [2] 申宝宏 . 矿井地质雷达在煤矿中的应用现状 [J]. 矿 业安全与环保， 2019， 144（101） 113-115. [3] 何兵寿， 王磊 . 矿井地质雷达正演中的两个理论问 题 [J]. 中国煤田地质， 2019， 182（181） 159-162. （上接第264页）