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地下电磁波探测及应用研究

吴燕清  
【摘要】:煤炭是我国主要能源,占一次能源76%,其产量达13.24亿吨。矿井生产的最大特点是地下作业,受地质条件、地质构造及煤层结构等因素制约,在采掘过程中易发生粉尘、瓦斯、火、水及顶板等自然灾害,严重威胁着煤矿安生产和矿工的生命安全。事故隐患相当严重,目前百万吨死亡率为美国的100倍,印度的8倍。现有的技术及装备,远远不能适应矿井自然条件和生产环境的变化,需要进一步研究新技术预防煤矿自然灾害。煤矿安全的突出问题之一是突水事故、瓦斯突出。采用何种探测手段在灾害未发生前,探测瓦斯富集区,导水构造是“十·五”国家攻关项目亟待解决的难题。 能否用某种“光源”把煤层变得“明朗可见”,研究电磁波透视技术和成像解释作为“可视”工具,将煤矿安全隐患和地质小构造查清,是研究的热点。 作为前沿课题,本文首次研究了电磁波应用突出危险煤层预测突出危险的技术,电磁波透视技术与综合指标法和瓦斯地质法结合的突出危险区域预测技术。 本文研究了“夹层地电模型”、传播规律、电场强度的计算方法。提出实用远场磁场强度的算法。 研究了地下防爆框形天线,分析其特性,根据其理论分析的特性,研制的地下防爆天线,在煤层中经过应用,达到和超过了对称天线的发射效率,安全性能大幅度提高,目前取代了对称形式的天线。 研究了成像的算法和微机实现的问题,采用替代法,用H_i,β,通过计算探测区域的β分布和相对衰减分布的算法,控制误差的分布,达到了无线电透视数据成像,结束了人工判读历史。 提出了收敛算子λ(r)的选取,采用综合曲线算子,成功地和成像技术结合,提高了成像的解释精度。 提出了滤波、极值校正、各向异性校正等算法,有效排除了测量的部分干扰。 研究了综合曲线的形态、衰减系数大小,平面位置与地质异常体的类型定性关系。不同构造有不同的曲线特征。一般断层为-5dB衰减,曲线为锯齿状,陷落柱为-20dB,显“漏斗状”。 根据上述研究成果,研究出E型突出煤层电磁波透视系统,在平顶山十矿其戊_(y-10)20150、戊_(9-10)20100采面50%以上的区域划分为无突出危险区,在西山、霍州、阳泉、潞安、大同、徐州、皖北、淮北、淮南、南桐、宁夏、邯郸、开滦等地水灾、地质构造地应用,极大地解放了生产力,取得了显著的社会经济效益。验证了综合算子结合的成 摘要 像技术的准确性和有效性,检测了算法的可靠性、稳定性和分辨率,证实了算法的实用 性。解决了大量的工程问题。 与国外同类产品比较,我国无线电波透视系统一直处于世界先进水平。 目前,无线电波透视系统已成为煤矿集约高效生产地质保障手段之一,特别是应用 突出煤层,亦将发展成为预测预报的重要手段之一。 本论文还开发出一套新的高水平的透视无线电波透视资料处理软件。该软件具有操 作方便,界面友善,较强的数据管理功能,完善的参数分析功能、强大的数据处理功能 和较强的图形输出功能等特点。适用于无线电波透视资料处理和解释的各级用户。


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