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无线电波透视现场干扰因素及排除方法
新闻作者:骆彬  发布时间:2015-03-31  查看次数:  放大 缩小 默认
    无线电波透视是用于探测回采工作面内各种地质构造异常体的一种常用矿井物探方法。施工时,发射机与接收机分别位于工作面的两巷中,按照规定的时间表交替搬站,在设计的观测点依次发射和接收地磁波信号。井下施工示意图如图1所示。

图1 矿用无线电波透视仪井下施工示意图
    全国各地各个矿区煤层的赋存情况及回采条件不同,进行无线电波透视时也情况各不相同。综合考虑各项因素,无线电波透视法在应用中有以下几个特点:
    1、吸收系数从北方到南方从小变大,透视距离相应也变小;
    2、煤层厚度在1m以下或20m以上时,无线电波透视效果较差,因为薄煤层的开采条件差影响探测距离和探测效果,厚煤层中小构造对无线电波传导的影响不显著,透视异常不明显,难以做出正确的判断;
    3、煤层倾角大、构造复杂的工作面无线电波透视解析难度大。由于透视异常区多种小构造投影互相叠加,很难做出较准确的地质解释。往往需要在回采时根据实际揭露的地质情况修正未揭露区域的物探解释结果。
    4、井下各种复杂环境对无线电波透视效果影响较大,这些因素包括:异常地磁场干扰,金属设备如支架、铁轨、管道等,电磁干扰如通电电缆、电器、风机、闭合电缆回路等,以及各类水体的干扰等。
可以将干扰因素分为自然干扰因素和矿井生产活动中产生的人为干扰因素。
1、地质环境因素的干扰
    无线电波透视中,电磁波的传播介质主要是煤层。由于煤层的结构和煤岩组分不同,其电性具有明显的差异,煤层在垂直层面的电阻率往往为顺层方向电阻率的2~3倍。这种各向异性在较厚煤层或含有夹研的复杂煤层影响尤其明显,往往导致测量结果产生很大变化;
    同一煤层由于煤质、矿化程度、厚度、结构、含水性、裂隙、夹研以及顶底板的变化等所引起不均匀性,超过一定限度,就会对无线电波透视结果产生影响,干扰对主要地质构造异常的识别;
    煤层顶底板层顶、底板岩层多为砂岩、砂页岩或炭质页岩,其电阻率大多情况下比煤层低,对电磁波的吸收性强,不利于无线电波在煤层中的传播。但某些煤层的顶、底板岩层中含有大量呈层叠状分布的黄铁矿或菱铁矿,由于电磁感应顶、底板岩层产生二次辐射场,干扰有效信号,给解释带来困难。
2、地质因素干扰的排除方法
    对巷道周围的地质情况作详细调查、记录,并结合矿区地质构造的发育特点,进行资料的综合分析判断,以便测量资料的解释结果更符合实际。在做探测时先做条件试验选取吸收系数的平均值,不同工作面测量时,应重新进行条件试验,以确定最符合被测工作面的电性参数。
3、矿井生产活动的干扰
    1)金属体干扰:在巷道中常有电缆、水管、风管、铁轨等金属导体和电动机、刮板输送等动力)设备。电磁波沿这些良导体传播,使导体成为二次辐射源辐射出电磁波。不但对透视测量造成干扰,而且消耗了穿透煤层的电磁波能量,极大地影响无线电波透视的效果。
    不同类型的井下良导体的对无线电波影响程度不同。一般来说,金属支架对电磁波有少量屏蔽作用,但不影响测量结果;铁轨由于铺设在潮湿的巷道底板上,接地效果比较好,因此虽然有二次辐射场,但其衰减梯度较大,一般影响深度在0.8米以内;风管、水管、钢管上的感应电流一方面与其接地的状态有关,另一方面与发射天线的距离密切相关。距离增大,感应电流减弱。钢管上的感应电磁场分布是以钢管为中心的同心圆向周围辐射,且越靠近金属管,场强梯度越大。
    2)电磁干扰:巷道中悬挂或布设的电缆及其它金属导线是造成无线电波透视诸种干扰最严重的因素,由于电缆及其它金属对电磁波有很好的导引作用,当发射机天线的辐射电磁波感应到导线时,便沿着导线传播,并成为电磁场的二次辐射源,当接收线圈靠近这类导体时,天线接受的信号不仅有从煤层中的直达波,而且还有导线的二次辐射波。当二次辐射波大于直达波时,它就掩盖了直达波的信号,使透视工作无法做出正确的推断;巷道中的电动机、刮板输送机、变压器等动力设备的电磁波造成的干扰严重,尤其是运转中的电力设备影响更为严重,如电力变压器、整流器等引起矿山电网的感应,出现周期性的干扰信号;井下动力设备的启动、停止或设备负载急剧变化,呈非周期性的信号,使接收机收到单一或成群的无规则的干扰信号。
另外,在施工时,人体周围的电磁场也是一种干扰因素,所以要设备与人体保持一定距离,当人体不在接收、发射线圈之间时影响可忽略不计。施工时人为的晃动也会对结果造成较大的影响。总之,无线电波透视工作中的干扰因素较多且比较复杂。从大量应用实践中表明,这些干扰本身具有一定规律,采取相应措施是可以减小或消除。
4、矿井生产活动干扰的排除方法
    1)选择最佳探测时间:工作面掘进贯通后,在拆除掘进设备以后未安装回采设备前进行无线电波透视工作最为合理有利。此时进行无线电波透视几乎可以完全消除各类干扰,而且可减少很多准备和施工时的繁杂过程,使无线电波透视工作具备良好的探测环境,取得较好的探测效果。
    2)远离金属导体干扰:可移动设备如矿车、材料等尽量移出工作面;不能移出的,都堆放至探测点两点之间中间位置靠工作面的外帮一侧,尤其是发射点附近不要放置金属设备。对于不能移动的设备,如:绞车、铁轨、支架、管道、电缆等,在观测时要与之离开一定距离,减少其影响,一般认为离开金属0.5~1m即可排除其影响。
    3)切断电源:拉闸断电尤其是在工作面两巷之间形成回路的电缆,关停所有用电设备。
    4)优化观测系统:合理选择反射点位和接收点位,适当调整点位间距,尽可能避开各类干扰源,对重点区域加密观测。
    5)严格控制施工质量:发射天线悬挂起来,保持距离地板一定高度,要始终保持成正四边形,并使框天线轴线平行巷道走向:接收环天线保持观测高度不变,观测位置在巷道中心线上,严格控制天线的法线方向。控制人为的晃动,必要时可以使用辅助支撑设备。
    在无线电波透视施工中,如果能够按照上述干扰的排除方法实行,将使无线电波透视效果得到很好的改善,提高探测的准确性。
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