基于恒流源的矿用隔爆兼本安型瞬变电磁发射机研制

由于瞬变电磁技术对水体反应灵敏,已被应用于煤矿井下水害探测。为提高探测精度,研究了恒流发射技术,采用脉冲宽度调制与功率场效应管结合,保证发射电流在探测过程中保持恒定;为提高二次场强度,采用了电感反向截断技术,利用电感中电流突然关断产生反向高压原理,缩短电流关断时间;通过外部中断与微控制器内部定时器配合,记录发射电流关断时间;采用隔爆兼本安型结构设计,保证仪器在井下安全使用。最后通过实验室测试和充水巷道探测,验证了仪器的准确性和有效性。     

航空时间域电磁法回线源有限差分初始场计算

针对时间域回线源航空电磁有限差分法初始场中双重贝塞尔函数的数值计算,通过分析回线积分法、宗量近似法和贝塞尔函数展开法的特点,提出将贝塞尔函数展开与小宗量近似相结合的混合法,并用共求解全部空间的初始电磁场,不仅计算速度快,而且精度高,满足有限差分对计算时间和计算精度的要求,为计算全空间复杂地质异常体电磁响应奠定了基础。     

基于双通道数据合成的矿用本安型瞬变电磁仪研制

由于瞬变电磁技术对水体反应灵敏,已被应用于煤矿井下水害探测。在远距离超前探测时,要求瞬变电磁仪具有抗干扰发射、大动态低噪声采集和防爆设计等特点。为此,研制了双极性发射系统,通过工频整数倍正负发射压制工频干扰;研制了双通道同步放大滤波、双模/数同步采集、双通道数据硬件合成电路,实现大动态范围压噪采集;为保证安全使用,对电源输出进行过流、短路和反接保护。最后通过对充水采空区的探测,验证了仪器的准确性。     

差分分时放大可拆卸式矿井瞬变电磁天线的研制

由于瞬变电磁技术对水体反应灵敏,已被广泛应用于煤矿井下水害的探测。该技术要求天线携带方便,激发的二次场能量强,接收天线动态范围大,在探测过程中天线不发生形变。分析了二次场与发射天线的关系,通过实验获得发射天线最佳参数;采用差分分时放大滤波技术,扩大接收天线动态范围,压制外部噪声;采用可拆卸式硬质支架,防止天线在探测过程中产生形变。通过现场试验,验证了天线的准确性。     

单轴压缩破坏下分层型煤电阻率响应分析

地层电阻率是地球物理勘探考察的重要参数,不同结构煤体受载破坏过程中电阻率变化特征存在差异。建立受载煤样电阻实时测试实验系统,对所压制未分层及不同厚度、不同强度的2分层型煤试样进行了单轴压缩实验,得出试样破坏过程的力学强度及电阻率变化规律,研究分层界面影响下不同结构型煤的电阻率响应特征。实验结果表明:型煤单轴压缩破坏下的电阻率呈现阶段性变化,未分层试样在压密后存在“U”型变化过程,最低点接近试样应力应变曲线屈服点;不同强度分层试样破坏过程中电阻率曲线先增加后呈现“U”型,破坏后电阻率为初始状态的2~4倍;不同厚度分层试样破坏过程中电阻率表现为先增后减,两分层厚度差异大的试样厚分层破坏更为剧烈,整体表现出的宏观电阻率值更大。分层试样弹性模量及抗压强度均较未分层试样小,峰值应力处的电阻率变化率为1~2,未分层试样则小于0.5;试样两分层厚度及强度越接近,压缩破坏产生的剥离部分越均匀,更容易产生区域“串-并联”现象,破坏后电阻率变化率越大。煤样本身或分层面空隙骨架的挤压破碎会导致煤层电阻率的增加。分层型煤试样破坏后表现出表面剥离,裂隙均匀连通的破坏形式,根据型煤受载破坏过程得出试样存在“纵向裂隙”和“纵向+横向裂隙”影响下电阻率变化数学模型。两分层及贯通界面的裂隙使试样呈“串-并联”形式连通电路,试样整体电阻率与裂隙电阻率及裂隙体积占比呈正相关。对分层型煤单轴压缩规律的描述反映了部分煤矿区地层物探过程中的电学各向异性特征。     

地面瞬变电磁勘查煤矿水害的能力分析

在瞬变电磁实际探测中仅以探测深度作为唯一条件,来片面衡量瞬变电磁仪器对目标水体的探测能力,具有一定的局限性。分析了判断瞬变电磁系统对目标体探测能力的必要条件,提出根据仪器参数、目标水体参数,采用三维有限差分方法计算出目标水体大地、背景大地二次感应电压;结合背景噪声,计算出有效探测时间;再通过比较有效探测时间内仪器分辨率与感应电压绝对差的大小,判断能否分辨出目标水体。采用该方法分析了EMRS-3型瞬变电磁仪对含水陷落柱、含水巷道、含水采空区、含水层模型的探测能力,验证了方法的正确性。