矿用孔--巷瞬变电磁仪关键技术研究

摘要

瞬变电磁法是一种重要的地球物理探测技术，在煤矿井下主要用于探测含水地质体、导水构造等异常体。矿用瞬变电磁方法具有施工简便、快捷以及成本低廉等优点，已被煤矿广泛采用，在煤矿安全生产方面发挥着重要作用。 但随着煤矿机械化程度和生产能力的不断提高，以及开采深度的不断增加，对矿用瞬变电磁装备探测精度提出了更高的要求，本文针对瞬变电磁法在井下遇到的难题，研究了矿用孔-巷瞬变电磁法的可行性，系统设计了孔-巷瞬变电磁仪，对多路合成发射和三分量磁感应接收探头实现的关键技术进行研究，试制出孔-巷瞬变电磁仪，提高了孔-巷瞬变电磁仪的探测精度和探测距离，为煤矿安全高效生产提供了有力的技术支持，主要成果如下: (1)本文从矿用孔-巷瞬变电磁探测基础原理出发，研究了不同形状发射线圈的磁场特性，确定了发射线圈的形状和匝数，并根据多场空间磁感应强度的矢量叠加原理，设计了多路合成发射技术的实施方案，研制了合成发射电路。 (2)通过研究瞬变电磁二次场信号的特性以及磁性材料与接收信号的关系，研究制定了三分量磁感应加姿态测量接收探头的设计实施方案，实现了小体积、三分量接收的磁感应探头及其内部差动放大电路、信号切换电路、姿态测量电路，从而可以实现对异常体方位的测定。 (3)研制的孔-巷瞬变电磁仪进行了实验室测试和煤矿井下现场试验，证明矿用孔-巷瞬变电磁仪具有轻便、关断速度快、三分量采样、动态范围大等特点，多路合成发射技术满足了设计要求;三分量接收的磁感应探头工作性能稳定、可靠，探测的效果能够满足要求。 本文设计开发的矿用孔-巷瞬变电磁仪能够应用于煤矿井下复杂环境的水害防治工作，对相关领域的进一步研究具有一定的指导意义。

目录

声明

摘要

第1章 绪论

1．1 研究背景与意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 国外研究现状

1．2．2 国内研究现状

1．3 研究内容

1．4 技术路线

第2章 矿用孔-巷瞬变电磁探测原理

2．1 瞬变电磁理论基础

2．2 矿用孔-巷瞬变电磁法

2．2．1 矿用孔-巷瞬变电磁原理

2．2．2 矿用孔-巷瞬变电磁观测系统设计

2．3 矿用孔-巷瞬变电磁探测的主要影响因素

2．3．1 铁磁物质干扰

2．3．2 周期性与非周期性噪声干扰

2．3．3 工作区的积水

第3章 矿用孔-巷瞬变电磁仪的整体设计

3．1 主控部分

3．2 合成发射部分

3．3 接收部分

3．4 电源部分

3．5 软件部分

3．6 可靠性设计

3．7 矿用孔-巷瞬变电磁仪的技术指标

第4章 合成发射部分的实现

4．1 发射线圈的设计

4．2 发射电路

4．2．1 发射频率与波形的选择

4．2．2 互锁电路

4．2．3 H桥驱动隔离电路

4．2．4 H桥电路

4．2．5 吸收保护电路实现

4．3 合成发射的实现

第5章 接收探头的实现

5．1 接收原理

5．2 三分量线圈设计

5．2．1 磁芯的选择

5．2．2 线圈的绕制

5．3 姿态测量

5．3．1 姿态测量传感器选择

5．3．2 重力加速度传感器测量原理

5．3．3 姿态测量电路

5．4 差动放大电路

5．5 分时切换电路

5．6 电源电路

5．7 探头的结构设计

第6章 实验室测试以及现场试验

6．1 实验室测试

6．1．1 合成发射测试

6．1．2 探头频响测试

6．1．3 探头等效接收面积测试

6．1．4 工频抑制比测试

6．1．5 最小可分辨信号测试

6．2 井下试验

6．2．1 试验过程

6．2．2 试验数据分析

6．2．3 试验结论

第7章 结论与展望

7．1 结论

7．2 展望

参考文献

致谢

在读期间发表的学术论文与取得的其他研究成果