坑透技术PPT课件

.,1,水工环物探方法及应用4-煤矿工作面无线电波透视技术,.,2,4.1无线电波透视技术发展与展望,.,3,煤层工作面内探测技术,世界各主要产煤国家所采用的探测技术手段主要有3种：矿井物探、钻探和巷探。矿井物探法具有快速、经济、直观的特点受到了普遍的重视。矿井物探依其技术原理的不同，可分三大类：矿井地震法、矿井电磁法、其他地球物理方法(韩德品,等,2009;于景邨,等,2007)。经大量研究与实践证实，适合于煤矿工作面条件下地质异常探测的物探方法主要包括：(1)矿井地震法，主要为工作面地震槽波透视法和地震波纵横波透视CT法(刘天放和李志聃,1993;刘盛东和李承华,2000;彭苏萍,等,2002,2008;张平松,等,2004,2006)；(2)矿井电磁法，主要为工作面音频电穿透法(李冬林,等,2005;李振峰,等,2005)、矿井直流电法(程久龙,等,2008;刘盛东,等,2009;刘树才,等,2009;施龙青,等,2008;吴荣新,等,2009,2010c)、矿井瞬变电磁法(刘志新等,2006;于景邨,等,2007)、无线电波(坑道)透视法等(程久龙,等,1999;董守华和王琦,2003;高一峰,2007;刘天放和李志聃,1993;宁书年,等,2001;汤友谊,等,2002;吴荣新,等,2010a,2010b)。,.,4,无线电波透视技术优势,无线电波透视因仪器轻便、资料采集方便迅速、所需人员较少、透视距离较大、探测效果较为显著，已成为综采工作面有效的物探方法之一，为目前国内外工作面内地质构造探查最普遍采用的物探手段(于景邨,等,2007;高一峰,2007;韩德品,等,2009)。,.,5,无线电波透视技术存在问题,国内外在此方向的基础研究相对很少。近期发表的文献多为工作面无线电波透视法应用效果的分析与评价(董守华和王琦,2003;高一峰,2007;宁书年,等,2001;汤友谊,等,2002;吴荣新,等,2001;于景邨,等,2007;王均双,等,2008)质心频移法层析成像法尽管在数值模拟上有所进展(LiuandLane,1998;刘广亮和于师建,2008)，但在实际探测中极少推广应用；对于大面宽工作面（200米），常不能有效穿透;对于近走向展布断层及薄煤区,空间分辨力差.,.,6,无线电波透视技术展望,实践证明:无线电波透视为当前煤矿企业最快速、有效、经济的探测技术,易于推广；我国煤炭工业在国民经济中的地位，要求进一步提高无线电波透视探测的精度、准确性，为煤矿工作面的高效生产提供技术保障。无线电波透视技术发展：坑透仪器：发射功率更大，透视距离更远坑透原理：进一步研究无线电波传播原理及煤岩电磁波吸收原理；进一步研究坑透数据反演技术，提高坑透数据对地质异常的分辨能力。,.,7,课题组研究进展,观测方式：传统数据采集为“一发一收”，工作效率较低，物探人员劳动强度大；改进：采用“一发双收”、“双发双收”装置进行探测经过实践证明，解决了长退尺工作面的现场探测时间与工作强度问题，取得了较好的效果(吴荣新,等,2010;肖玉林,等,2010)。,.,8,坑透现场工作布置,(a).一发一收;(b)一发双收示意图,.,9,双发双收：在工作面两条巷道均布置一套完整的接收机和发射机。当1巷发射机在某发射点发射信号时，2巷接收机接收信号；在1巷发射机换站时，2巷发射机在布置的发射点发射信号，1巷接收机接收信号；保持两巷发射机和接收机不间断轮流发射接收。该方法有效缩短了坑透现场探测时间，减少了坑透探测人员的劳动强度；但该方法人员及仪器成本增加一倍，需2套坑透仪，8人操作。,.,10,场强增量法,接收总场强值和背景场强值,进行增量计算.,.,11,资料处理软件更新：长期以来，随坑透仪配备的软件对工作面测点、工作方式的布置要求较为苛刻，灵活性差；现开发出新的ECT电磁波处理系统，功能更强、实现多种方式的数据反演；提出无线电波透视实测场强图的解释原理及处理方法，更加方便地利用实测场强值进行构造解释。,.,12,4.2无线电波透视基本理论,.,13,无线电波透视技术原理,电磁波在地下岩层中传播时，由于各种岩、矿石电性的不同，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。因此，在矿井下，电磁波穿过煤层途中遇到断层、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。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。,.,14,无线电波透视法的地质地球物理基础,一、岩矿石电磁参数与频散特性1、电阻率是决定电磁波在井下吸收介质中传播特性的主要参数。2、介电常数仅在高频和高阻地层中才明显对电磁场产生影响。电介质的介电常数是指电容器极板间充满电介质时,电容增大的倍数，是表征介质在外电场作用下极化程度的物理量。,.,15,3、频散现象：指岩、矿石电磁参数随频率的变化而变化。（1）低频时，岩石表现出高阻特点，但随频率变化并不明显；（2）在高频段（f=105106Hz），电阻率下降一个级次，当频率提高到107Hz以上时，电阻率明显变化，降低近两个级次以上。（3）岩矿石介电常数r随频率的升高而减小。（4）、在f103Hz及电阻率小于105m的范围内，可忽略位移电流作用，可认为岩石导电性不随频率而改变。但对于频率超过106Hz的无线电波透视法，需考虑频散特性对观测结果的影响。（5）引起频散现象的原因：介质极化的滞后现象；岩矿石由多种物质成分组成，在交变电磁场作用下，介质不同组合对交变电场呈现一定的阻抗，因此有效电导率和有效介电常数必然随频率不同而变化。,.,16,岩石电阻率随频率的变化1-斑状石灰岩；2-粒状大理岩；3-大理岩,岩、矿石的介电常数随频率的变化1-碱性花岗岩；2-白云母斑状花岗岩；3-花岗岩；4-白云母花岗岩；5-石英,.,17,二、吸收系数与电磁参数的关系,1、无线电波透视法基本公式,-介质吸收系数，奈培/m,基本波函数，表示向距离增大方向前进的正向行波，或称空间变化部分,电磁波随距离衰减示意图（A波振幅）,.,18,2、介质吸收系数,在均匀无限介质中，在偶极子的中垂线上选符合远区条件的相距lm的两个观测点,其场强为,定义为“奈培”。所以，,的单位定为奈培/m。,.,19,由吸收系数表达式,可以看出，,是下面介质电磁参数,工作频率,的函数，,磁导率,介电常数,电导率,.,20,3、介质吸收系数与电磁参数及工作频率的关系式（1）当频率f较低时，随f的增加而增加，变化明显；高频情况下，值变化不明显，达到某一极限值后趋于饱和，且越大，其极限值越小。透视时，考虑大透视距离时，应选用较低工作频率；为提高分辨能力，则选用高频更适宜。（2）、介质电阻率较低时，值主要决定于和f。,.,21,4.3坑透井下工作方法,.,22,无线电波坑道透视仪WKT-6型无线电波坑道透视仪，河北廊坊物化探所产;工作频率：0.365MHz，0.965MHzWKT-E型无线电波坑道透视仪，重庆煤科院产;工作频率：0.3MHz，0.5MHz，1.5MHzYDT88型无线电波坑道透视仪，福州华虹产.工作频率：0.088MHz，0.158MHz，0.365MHz，0.965MHz。,.,23,坑透观测系统井下坑透法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，在运输巷安置接收机观测电磁场场强H信号，电磁波在煤层传播中遇到介质电性变化时，电磁波被吸收或屏蔽，接收信号显著减弱或收不到有效信号，如沿巷道多点观测，形成所谓的透视异常。发射点和接收点可布置在回风巷、运输巷等易于通行和干扰小的地段。井下观测方法有同步法和定点法两种方式。,.,24,同步法发射天线和接收天线分别位于不同巷道中，同时等距离移动，逐点发射和接收，较少采用。,.,25,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。又称定点交汇法。一般发射点距5080米，接收点距10米。每一发射点，接收机可相应观测1121个点。观测基本步骤：（1）在观测前，预先安排好观测约定时间顺序，列出时间表格，发射和接收各持一份；（2）观测时，严格按时间表执行，发射机天线应平行巷道，悬挂成多边形，应保持发射信号稳定；（3）接收天线环面对准发射机的方向，即观测最大值方向。,.,26,定点法示意图,.,27,井下坑透观测系统设计采用定点法发射机在一定时间内相对固定位置，接收机在一定范围内逐点观测其场强值，定点发射多点（扇形）接收。这种方法速度快、效率高、易于协调工作。在采用定点法观测时，需要调换发射与接收巷道的重复定点观测方法，用以交汇，确定透视异常的所在位置和范围。,.,28,发射点和接收点的布置设计首先在透视工作面平面图（1：1000或1：2000）上设计观测系统，从巷道口起始，点号1、2标到另一条巷道口为止，不得有漏号或重号。上下巷道点号对应布置。采用定点法测量时，观测点间距一般为10米，发射点间距一般为50-80米，也可以根据需要加密或者加大距离。每个发射点可相应观测1121个点，呈扇形观测网，每个接收点应有2个或以上重复测量数值，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。,.,29,发射点与接收点布置时需要注意下列问题：（1）发射点应尽量设在没有或少有人工导体（电缆、金属管）的巷道中。（2）发射点应尽量设在远离地质异常带。（3）井下实际布点时，起始点号应与图上相符合。点号一般用白粉笔（或油漆）标在巷道支架立柱上，数字要清晰醒目，不可有重号或者漏号。,.,30,观测时间及观测顺序的确定在下井之前需要将全部坑透工作做好计划，预先安排好观测点顺序，并列成表格，一式两份，收发各执一份。在井下工作面适当位置,确定现场观测时间顺序,再分头工作.进行实际工作时，要严格按表格安排的程序进行测量。井下实际观测一般情况下，井下施工时共需工作人员46人，每台仪器操作员1人，记录员1人。（注意：要分清高、低频天线，大圈为低频，小圈为高频，并保证与发射机发射的频率相对应。）,.,31,坑透干扰因素的排除（1）地质因素干扰的排除方法测量时，各测点与发射机应处在同一层位中尤其时厚煤层更要注意这一点。对坑透工作面周围巷道的地质情况，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，以利测量资料的解释更加符合实际。（2）人工导体干扰因素的排除方法人工导体干扰的排除，概括起来就是：远离电缆、导线、金属管道、铁轨等金属导体，一切电动设备停止供电。,.,32,坑透最佳时间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，进行坑透工作最为合理有利，坑透生产两不误。此时进行坑透减少很多繁琐的准备工作和辅助工时，并使坑透工作有良好的环境，取得较好的效果。,.,33,4.4资料整理与解释,一、数据整理与图示1、场强对比法衰减系数:将各接收点实测场强H与相应的理论计算场强值H0(或经条件试验取得的计算场强值)进行对比。=H/H0或=HH0通常用图示方法来描述沿观测巷道或在透射范围内场的变化规律。在均匀各向同性介质中，实测场强等于理论场强，所以=1(或0dB)。由于煤层的非均一性和观测误差，一般值接近于l，而不等于1(或0)。当遇到值远离l，(1，或1/2煤厚薄煤区实测曲线模式,.,80,异常程度H1/2煤厚薄煤区综合曲线模式,.,81,低透视性工作面实测曲线模式,主要有以下情况：（1）工作面宽度很大，超出坑透有效透视距离；（2）工作面接近低阻风化带，煤岩层电阻率值较低；（3）工作面内地质构造非常复杂，不同产状断层、薄煤区等地质异常普遍发育；（4）煤层为较低电阻率特征，不适宜于进行坑透探测。,.,82,4.7坑透处理与解释实例,.,83,潘三1271(3),.,