采空区煤岩多孔介质电性参数对电磁波传播规律影响研究

不同地质条件会导致采空区煤岩多孔介质的电性参数产生较大差异,从而影响电磁波在其中的传播规律。掌握电磁波在煤岩多孔介质中的传播规律是实现采空区长距离无线传输技术的必要,更是建立采空区无线监测预警系统的前提。通过COMSOL软件建立采空区煤岩多孔介质电磁波传播模型,模拟200～500 MHz电磁波在不同电性参数多孔介质(电阻率0.5～128 kΩ·m、相对介电常数2～10)中的传播过程,总结频率、电阻率和相对介电常数对电磁波传播规律的影响。结果表明：电磁波在多孔介质中的传播损耗与电磁波频率成正相关,与电阻率、相对介电常数呈负相关。电磁波信号强度的稳定性与频率和相对介电常数呈负相关,与电阻率无明显关系。     

高频雷达在混凝土无损检测中的应用及关键技术

地质雷达是近年来为适应快速、准确无损探测地下目的物或对地下工程质量评价而迅速发展起来的一种方法技术。电磁波在地下介质中传播时,其路径、电磁场强度及波形随所通过的介质的电性性质及几何形态而变化,根据接收的雷达剖面,利用反射回波的双程走时、幅度、相位等信息,可对地下介质的结构进行描述,从而实现目的物的探测或工程质量的评价。 随着信号处理技术及电子技术的发展,地质雷     

基于电磁波CT技术的复杂地质异常探测

溶洞、洞穴、溶蚀破碎带和岩石裂隙区对水电工程建设具有潜在的威胁.为此,本文使用跨孔电磁波层析成像技术准确地探明了清江水布垭水电工程左岸5个钻孔中的地下地质异常.该方法是采用对称偶极天线在一孔中发射电磁波,使用鞭状天线在另一孔中接收电磁波场强,应用快速稳定的联合迭代重建算法(SIRT)反演重建地下介质的吸收系数分布.该典型实例测试结果表明,电磁波CT在碳酸岩和灰岩地区探测地下地质异常体不仅效果好,而且精度高,在大型水电工程安全监测中具有广阔的应用前景.     

有耗介质高频脉冲电磁波传播衰减理论与应用的实践研究

从电磁波传播的麦克斯韦方程出发,介绍和分析了地质雷达高频脉冲电磁波在地下有耗介质传播过程中的衰减特性理论,并将其应用于弱地基工程的勘察实践中,取得了良好的应用效果。通过引进Cole-Cole公式表征复介电常数和品质因子衰减特性,可以从理论上描述高频脉冲电磁波在地下有耗介质中的衰减行为和特性,工程应用实践证明：利用地质雷达高频脉冲电磁波的衰减特性研究断裂破碎带、地下裂缝及地下空洞化弱地基等对地质雷达反射波的衰减特性和行为,进而对弱地基进行解释,评价方法可行,且具有投资少、见效快、精度高及非破坏性等一系列优点。     

电磁波CT成像技术在工作面地质异常区勘探中的应用

电磁波CT成像技术应用于工作面地质异常构造的勘探,是利用电磁波通过不同物性的介质发生的能量减弱或消失现象的一种地球物理方法。本文接扫了电磁波CT成像技术的原理和观测方法,并以王庄煤矿后备区某工作面地质异常探测为例,阐述了该方法在工作面地质异常构造探测中的应用。     

煤矿钻探中双向电磁波随钻通讯技术研究

电磁波随钻测量技术(EM-MWD)作为石油勘探开发领域的一项新技术,具有信号传输速率高、不受钻井液介质影响、成本低等特点。简要地介绍了电磁波传输技术的特点,描述了无线电磁波随钻测量工具的工作原理及系统组成,并提出了构成电磁波随钻测量系统的关键模块。同时为检验系统工具的工作性能,分析信号传输的影响因素:地层电阻率、载波频率、钻柱单位长度电阻。结果表明,电磁波随钻测量系统在煤矿探测中有广泛的应用前景。     

矿井孔-巷无线电磁波透视探测方法

为了提高无线电磁波透视技术的探测精度,并且使该方法能够在独头巷道进行使用,确保煤矿的安全高效的开采。研究了采用了矿井巷道发射,钻孔接收电磁波信号的方式,借助钻孔岩层的屏蔽作用,在降低接收信号的外部干扰的同时,开拓了无线电磁波透视技术新的使用方法,即孔-巷无线电磁波透视的探测方法。分析了传统无线电磁波透视探测方法的特点及探测过程中存在的主要问题,根据目前矿井探测地质任务的要求,提出了适用于复杂地质条件下的孔-巷无线电磁波透视探测方法。研究了孔-巷无线电磁波透视的基本理论,认为无线电磁波透视探测准确性与电磁波入射角度有关,无线电磁波透视的衰减系数与煤(岩)层电导率、介电常数有关;研究了适用于孔-巷无线电磁波透视的专用接收天线装置,研究了适用于孔-巷无线电磁波透视的施工布置方法;以掘进巷道与钻孔结合的地质模型为例,通过模拟分别研究电磁波在煤层中遇到断层和陷落柱时的波场特征及信号响应规律,研究电磁波对地质异常的响应特征。发现孔-巷无线电磁波透视的探测方法与传统矿用无线电磁波透视相比适用范围更广,并且能够更加精确的探测隐伏构造的赋存情况。现场试验和验证情况表明,矿井孔-巷无线电磁波透视技术能够更精准的反映地质异常的位置,可有效开展独头巷道中的地质探测任务。     

无线电磁波透视信号响应与数据校正方法研究

为了提高无线电磁波透视技术的探测精度和探测准确性,确保煤矿回采工作面的安全高效开采,研究了无线电磁波透视在矿井巷道发射中巷道金属体等干扰因素对发射电磁场信号的影响。由于无线电磁波透视探测结果受发射场源信号影响,通过对发射场源信号的基本理论、数值模拟研究,发现经过校正后的无线电磁波透视发射电磁场辐射响应,可以大大提高探测准确性。通过对无线电磁波透视电磁辐射响应特征的分析与校正,经过现场试验和验证,表明无线电磁波透视技术发射信号电磁辐射响应校正技术与方法能够更加精准地反映地质异常的位置,应用效果良好。     

微波无线起爆系统的研制

无线起爆是以声波、光波、电磁波等为起爆介质的起爆方法,在本四桥梁工程施工时已有超声波遥控起爆法、电磁感应遥控起爆法等被开发、应用的先例。但尚没有在隧道工程中实用的无线起爆装置。     

地质雷达在煤矿井下的应用研究

雷达波的穿透能力大小是衡量雷达在矿井中的应用效果好坏的重要指标，它取决于介质的电磁波衰减系数，衰减系数越小，雷达的穿透能力越大，衰减系数随着介质电导率的增大而增大。煤矿井下介质主要为低电导率的煤层、砂岩、页岩、灰岩，它们的衰减系数较小，雷达波在这些介质中穿透能力较大。     

速度频散效应和吸收效应对Ricker子波波形的影响规律

将岩石抽象为Kelvin黏弹性介质,采用波形相关系数、子波宽度变化率和持续时间变化率3个参数描述波形变化,研究速度频散效应和吸收效应与Ricker子波波形变化的关系。研究结果表明:Ricker子波在Kelvin介质的传播过程中,介质的吸收效应和速度频散效应引起波形的变化趋势是相同的,但波形变化主要是由吸收效应引起的,在距震源较远处,速度频散效应对波形变化才有一定的影响。     

超浅层顶管顶进引起地表沉降的随机介质理论分析

应用随机介质理论对上海浦东某双线超浅层矩形顶管顶进过程的地表沉降进行了分析，推导出简化的沉降计算公式，并进行了理论计算沉降与实测沉降对比，得到了较为满意的结果，因此得出随机介质理论对超浅层顶管引起的地表沉降计算具有一定的指导意义。     

电磁波CT成像技术在防水工程场地勘查中的应用

物探CT成像技术是目前最为先进的工程物探技术之一,其技术基于地下介质的物性差异,利用各种波源透视探测目的体及地质现象的一种地球物理方法,可集多种功能于一体,以成本低、准确性高、容易判读等特点备受青睐。本文论述了电磁波CT成像技术的工作原理和方法,并介绍了某防水工程场地电磁波CT成像勘查应用实例及效果。     

钻孔间电磁波CT技术在清水河大桥桥址区深部岩溶探测中的应用

电磁波CT技术是一种成熟的地球物理勘探方法,利用不同介质电性特征,吸收能力强弱,以此特性来解决钻孔间岩溶、溶蚀带、溶隙及破碎带分布情况,是解决喀斯特山区大型桥梁建设中工程地质勘察必备手段之一。以清水河大桥桥址区深部岩溶探测为实例,介绍电磁波CT在岩溶探测中的实效性与效果,为特大桥索塔桩基础埋深提供可靠的地质依据。     

地表浅层地震法探测技术研究

传统的物探技术会受到城市环境内的电磁波干扰而无法使用,浅层地震探测技术可有效避免信号干扰。分析了浅层地震探测技术的基本原理和研究现状,总结了浅层探测技术所存在的问题和发展方向,提出了浅层地震探测的最新研究进展。浅层地震探测技术通常使用P波勘探,面波可规避P波缺陷应用越来越广泛。地震拖缆技术促使S波具备较强实用性。陆地拖缆技术可解决硬质路面阻碍或削减地震波传播的问题。数据无线传输系统提高了数据采集效率。伪随机扫描可解决传统探测技术中线性扫描所存在的共振问题。压缩传感技术可提高数据采集效率。为了降低地震数据的不确定性,采用与其他物探数据相结合的方式处理数据。     

色散介质的探地雷达正演模拟

利用时域有限差分(FDTD)法进行地下管线的探地雷达剖面正演合成,采用单轴各向异性理想匹配层(UPML)作为吸收边界,结合辅助场的方法,推导色散介质的二维FDTD迭代公式,并分别在土壤为均匀介质和色散介质的情况下,详细分析地下管线的电磁波响应特征,总结媒质参数对管线的电磁波响应的影响规律,研究结果对野外资料的解释有一定的指导意义.     

基于VMD的多相介质超声回波检测技术

提取多相介质中有效超声回波信号是实现煤岩界面识别的关键技术。利用超声波探测煤岩介质所获取的回波信噪比低且为非平稳、非线性信号,难以有效准确的获取煤岩界面的回波波形,进而无法有效判断煤岩分界面。传统的小波分析手段需要根据信号特点选取特定的小波基,EMD,EEMD等自适应信号分解方法存在模态混叠及虚假分量等现象。提出利用VMD(变分模态分解)分析超声回波信号的组成成分,准确获取煤岩界面的首次回波的波形与时间,以达到识别不同介质界面和判断介质相关参数的目的。模拟仿真及实验表明,VMD可实现更优化的信号分解效果,实现对煤岩界面首波波形和首波时间的检测,达到准确识别以煤岩介质为代表的多相介质分界面的目的。     

基于地音与电磁波CT的掘进工作面冲击危险性层次化评价方法研究

目前掘进工作面冲击地压事故频发,通过分析各评价方法在掘进工作面应用中存在的优势与局限,建立了一种基于地音监测与电磁波CT探测的掘进工作面冲击危险性层次化评价方法;该方法将冲击危险性评价目标在时间和空间上进行分解,通过地音实时监测确定评价的时间层,通过电磁波CT探测确定评价的空间层,以时间层的执行结果做为空间层的执行判据,克服了基于单一监测或探测手段的评价方法在掘进工作面应用中存在的不足,实现了掘进工作面冲击地压实时预警及危险区域精准划分的双重功能,提高了掘进工作面冲击地压评价的效率与准确性,指导了现场实际卸压工作。     

地下空洞的探地雷达信号时频响应特征分析

地下空洞给交通出行、工程建设带来了极大的安全隐患。探地雷达作为一种无损探测技术,通过采集和分析电磁波反射信号,可探测地下空洞的位置、尺寸和介质特性等,进而为工程地质勘察和结构无损检测提供重要信息。该文将地下含水及不含水空洞用时域有限差分法进行仿真实验,得到了雷达剖面图及单道波形对比结果,并分析了反射信号的时频特征差异。由于电磁波在水中传播时的衰减,含水空洞下界面反射信号的瞬时频率会出现明显向下偏移,时频分析方法能够为识别地下空洞是否含水提供参考依据。将时频分析方法应用于城市道路空洞的雷达实测数据的处理与分析,结果表明,时频分析方法能够准确判定地下空洞的尺寸及是否含水。     

瓦斯富集区多频电磁波CT同步透视技术研究

为探明回采工作面瓦斯富集区域,基于电磁波CT透视理论与SIRT层析成像,对不同介质和瓦斯富集区不同频率的电磁波衰减变化曲线和透视层析成像特征进行了数值正演模拟研究,提出了多频电磁波同步透视方法,并在演马庄煤矿开展了瓦斯富集区多频电磁波CT同步透视现场试验。研究结果表明:电磁波CT能够有效探测瓦斯富集区,相对正常煤体,瓦斯富集区呈现为电磁波弱衰减的特征,且频率越高,衰减越严重;高频电磁波相对低频电磁波,衰减幅值稍大,透视距离短,但响应较强;多频同步透视技术可利用高频的高敏感度、响应强的特性和低频的长透距性,透视探测效率快、精度高;井下现场试验验证了多频电磁波CT同步透视技术能够高效、准确识别回采工作面中的瓦斯富集区,可推广应用煤矿生产一线。