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        井下瞬變電磁探水儀的設(shè)計(jì)

        2019-04-06 05:56:46曹春曉廖旺濤黃雯何格
        求知導(dǎo)刊 2019年1期
        關(guān)鍵詞:總體方案工作原理

        曹春曉 廖旺濤 黃雯 何格

        摘 要:此項(xiàng)目是研發(fā)一款基于瞬變電磁法的原理來探測地質(zhì)體狀況的井下瞬變電磁探水儀,主要用于對(duì)探測煤礦采空區(qū)及塌陷區(qū),探測礦井工作面頂板富水性,礦井水害超前探測等進(jìn)行具體詳細(xì)的分析,兼擴(kuò)展應(yīng)用于隧道的開鑿、城區(qū)建筑基坑中防空洞探測等。

        關(guān)鍵詞:瞬變電磁探水儀;總體方案;工作原理

        中圖分類號(hào):P631.325;P641.4

        文章編號(hào):2095-624X(2019)01-0038-01

        一、井下瞬變電磁探水儀的總體方案設(shè)計(jì)

        目前的井下瞬變電磁探水儀一般分辨率高,信噪比高,但是觀測裝置不夠靈活,穩(wěn)定性不高,無法商業(yè)化使用。國內(nèi)的高端設(shè)備依賴國外進(jìn)口,因此井下瞬變電磁探水儀有著極其廣闊的發(fā)展前景,只要我們進(jìn)一步研究,增加創(chuàng)新點(diǎn),將井下瞬變電磁探水儀的性能優(yōu)化,提高其在礦業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用性能,必定能填補(bǔ)我國超前遙感探測技術(shù)領(lǐng)域的空白,改變長期以來我國此類設(shè)備依靠進(jìn)口的被動(dòng)局面,進(jìn)行商業(yè)生產(chǎn)。

        二、井下瞬變電磁探水儀的工作原理

        瞬變電磁法工作方法:發(fā)射回線通有一定值的電流,向地下發(fā)射一次脈沖磁場,當(dāng)發(fā)射回線原通有的電流突然消失時(shí),基于電磁感應(yīng)定律,在發(fā)射回線四周會(huì)產(chǎn)生電磁波,隨后向四周傳播,在此過程中電磁波遇地質(zhì)體內(nèi)的良性導(dǎo)體,在其內(nèi)部產(chǎn)生電流,隨著時(shí)間的推移電流進(jìn)行衰減,產(chǎn)生二次磁場地,隨后接收回線接收二次磁場。電流隨時(shí)間的衰減規(guī)律也反映了電磁場隨時(shí)間改變的規(guī)律,衰減過程分為早、中、晚三期,不同時(shí)期的電磁場相當(dāng)于頻率域即時(shí)間域中的不同部分,反映出不同的相關(guān)特征。與此同時(shí),發(fā)射能量利用率的提高、信號(hào)接收平穩(wěn)、工作時(shí)長增加等都提高了瞬變電磁探水儀的工作性能。

        瞬變電磁測量的數(shù)據(jù)來源于各個(gè)測道的瞬時(shí)感應(yīng)電壓,通過晚期場公式可將其轉(zhuǎn)化為視電阻率,從而可以從更深層次來分析數(shù)據(jù)。

        視電阻率計(jì)算公式:

        (式中:ρ為視電阻率,Ω·m;t為測量時(shí)長,ms;μ0為真空磁導(dǎo)率;m為發(fā)射磁矩,A·m2;V(t)為感應(yīng)電壓,μV;q為接收線圈有效面積m2。)

        通過視電阻率的整體、縱向、橫向等變化情況可以更有根據(jù)的分析出此地界地質(zhì)情況或積水分布情況。視電阻率的轉(zhuǎn)換應(yīng)用使得數(shù)據(jù)分析更加有力,更加明顯易懂的通過數(shù)據(jù)來對(duì)地下地質(zhì)情況、含水情況等進(jìn)行分析。

        三、井下瞬變電磁探水儀優(yōu)勢分析

        (1)“動(dòng)態(tài)軟件剔除法”改善超低頻瞬變電磁“關(guān)斷效應(yīng)”,有效解決了因關(guān)斷時(shí)間校對(duì)而帶來的誤差。

        (2)“回能鉗式”技術(shù)提高了能量利用率,改善了高功率發(fā)射機(jī)的下降沿及環(huán)路器件過熱而燒毀的狀況,并且30安時(shí)的鋰電池可以連續(xù)使用8小時(shí)以上,能量效率提高了5倍,極大地節(jié)省了能量。

        (3)“時(shí)頻展縮與隨機(jī)共振”結(jié)合提高系統(tǒng)對(duì)微弱信號(hào)檢測能力,利用時(shí)頻展縮變換可有效解決信號(hào)窄帶寬信號(hào)的問題。

        (4)智能數(shù)據(jù)融合反演軟件設(shè)計(jì)可解決復(fù)雜地質(zhì)條件下解的模糊性問題。由于各地地質(zhì)條件復(fù)雜,因此進(jìn)行地質(zhì)反演時(shí)會(huì)出現(xiàn)多解或者無解現(xiàn)象,為此我們設(shè)計(jì)了一種“基于證據(jù)理論的數(shù)據(jù)融合技術(shù)”,并利用此技術(shù)開發(fā)出了自適應(yīng)智能化反演軟件。

        井下瞬變電磁探水儀設(shè)備對(duì)含水構(gòu)造及含水采空區(qū)反映活絡(luò)、施工方便快捷、體積效應(yīng)小、探測距離大等都包含其中。該項(xiàng)技術(shù)主要是基于井下探測而研究,主要用于探測礦井工作面頂板富水性,探測煤礦采空區(qū)及塌陷區(qū),礦井水害超前探測等,兼擴(kuò)展應(yīng)用于隧道的開鑿、城區(qū)建筑基坑中防空洞探測,具有較廣泛的應(yīng)用市場和較好的應(yīng)用前景。

        參考文獻(xiàn):

        [1]嵇艷鞠,林君,程德福,等.瞬變電磁法中數(shù)據(jù)取樣處理方法的研究[J].物探與化探,2003(2).

        [2]曹勝洪.關(guān)于煤田水文地質(zhì)調(diào)查中瞬變電磁法的應(yīng)用分析[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用,2015(19).

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