矿井防爆地质雷达关键技术研究

矿井防爆地质雷达关键技术研究

作者:师大云端图书馆 时间:2015-11-25 分类:毕业论文 喜欢:2014
师大云端图书馆

【摘要】摘要:地质雷达法探测精度高,对地下地质构造异常情况有比较好的分辨率,探测便捷,成果直观,近年来地面应用较多。而在煤矿井下,因为受煤矿井下防爆环境与空间的限制,地质雷达在煤矿井下应用之前,还需要研究解决诸多相关关键技术难题。本文正是基于该技术现状在国家重点基础研究发展计划(973计划)课题“煤岩动力灾害演化过程的物性参数响应规律”(2005CB221505)、国家自然科学基金重点项目“煤与瓦斯突出危险区探测理论与方法”(50534080)和国家十五科技攻关重点项目“电磁波探测技术和装备的研究”(2004BA803B0101)的资助下开展适用于煤矿井下环境的新型冲击脉冲式矿井防爆地质雷达技术研究工作。首先,研制成功我国新型矿井防爆地质雷达KJH-D型脉冲式防爆探地雷达,并获得MA国家安全标志认证,填补了国内的空白。其次,对雷达探测理论进行了深入理论研究,建立了煤矿井下雷达波场传播模型,对煤矿井下常见的地质异常模型进行了系统的波场数值模拟和正演模型数值模拟。理论上验证了雷达波在煤矿井下的传播规律,分析清楚了矿井防爆地质雷达井下环境波场信号响应规律和各典型地电模型的正演情况。最后,针对我国煤矿井下的特殊情况开展了新型雷达的井下探测工作方法和数据处理研究,建立一套完整的煤矿井下探测工艺。在全国典型瓦斯地质重点矿区开展了大量的探测试验,获得了断层、陷落柱等多种典型地质异常的雷达图谱,试验结果取得了很好的地质效果,表明新型矿井防爆地质雷达技术能很好的解决煤矿井下近距离高精度探测的难题,提高了矿井物探水平,丰富了矿井物探手段,有利于保障煤矿安全生产。论文取得的主要研究成果及创新点有:(1)开展雷达电路防爆改制研究工作,设计了矿井防爆地质雷达的防爆电源和电路,研发了100MHz的屏蔽天线对,研制出适用于煤矿井下的KJH-D型脉冲式防爆探地雷达产品,它是我国获得煤矿安全标志认证的新型脉冲式矿井防爆地质雷达,其技术水平经国家安全生产监督管理总局规划科技司鉴定为国际先进水平,并获得“中国煤炭工业科学技术奖二等奖”和“重庆市重点新产品”称号。(2)理论分析了雷达波在地下介质中的传播特性,推导出雷达波反射系数的计算公式,反射系数值r由分界面两侧介质的相对介电常数决定,其大小绝对值小于1。当反射系数|r|>0.1时,比较适宜于地质雷达探测和识别目标体。(3)煤矿井下的全空间环境和条件远比地面半空间复杂,重点分析和研究煤系地层常见介质的电性特点,研究了电磁波在煤系地层中传播的规律,发现电磁波在煤中的传播速度大于在岩石中的传播速度,煤岩分界面反射系数的绝对值大于0.1,是非常良好的雷达波反射界面,有利于雷达探测识别,煤矿常见的断层构造、陷落柱、含水层、空洞等地质异常情况都具备良好的雷达反射界面,矿井防爆地质雷达能很好的对它们进行探测和识别。(4)针对煤矿井下情况建立固定点源的单一介质波场模型,系统模拟了自由空间、岩层、煤层三种具有代表性的介质模型。在此基础上进行煤矿井下矿井防爆地质雷达介质波场数值模拟,建立了三种典型的井下波场模型:含煤层层状介质、煤层遗留钻杆介质、煤岩断层介质模型,给出了波场模拟的结果,取得了良好的模拟效果。结果显示雷达波在异常分界面上都存在明显的反射,证明了矿井防爆地质雷达煤矿井下探测的有效性。(5)用Matlab数值计算软件的编程语言编写了二维的二阶Mur边界吸收条件和GPML边界吸收条件(GPMLABC)的时域有限差分法正演模拟程序,基于该程序系统地正演模拟煤矿井下实际物探工作中最典型的,出现最多的地质模型-超前探测断层模型,另外还正演模拟了陷落柱、空洞、煤层遗留钻杆等几种典型煤矿井下地电模型,获得雷达回波的模拟图像,从地球物理正演的角度再次证明矿井防爆地质雷达探测煤矿井下地质异常体的可行性。(6)基于Matlab计算方法对雷达信号处理技术和方法进行了深入研究。重点对处理前的准备工作、常规处理方法、KL变换法、小波变换处理技术等方面进行分析研究,编写了相应的处理程序,完善和改进了雷达数字信号处理技术和方法。(7)开展了煤矿井下矿井防爆地质雷达探测技术和工艺研究,提出井下探测工作的“一二三”方法,即一个原则、两种方式、三个方向。一个原则是指测线布置尽量垂直探测目标体的原则;两种方式是指矿井防爆地质雷达探测的两种方式:固定平移和共中心点式;三个方向是煤矿井下巷道探测的三个方向:掘进头、侧帮和顶底板。详细分析了三个方向探测的目的、意义、工作方法和预期获得的成果。(8)运用新型矿井防爆地质雷达KJH-D防爆探地雷达在全国瓦斯地质典型矿区开展了种类多样和系统的煤矿井下巷道探测试验研究。探测实验既有巷道掘进头超前探测,也有巷道侧帮探测和底板探测,探测的目标体有断层构造、陷落柱、煤层冲刷带、煤岩界面、临近煤层和钻杆异常等,获得了大量丰富的煤矿地质异常的典型雷达图谱。在成庄矿井下原位采集了雷达波在3号煤层中传播的实际波速为0.152m/ns,推算出3号煤的相对介电常数为3.9。(9)在淮南矿区开展了为期一年的煤矿井下巷道应用试验研究,共进行矿井防爆地质雷达超前探测52次,预测预报距离2390m。实验结果表明脉冲式矿井防爆地质雷达能有效探测前方地质构造等异常情况,对于落差在2/3煤厚以上的断层,探测试验成功率达到100%;对于落差小于2/3煤厚的断层探测,成功率也达到了87.5%,经过安徽省科技厅组织的技术鉴定该实验成果达到国际先进水平。在探测工作中,要不断总结雷达回波与煤系地层各种异常体的关系,同时不断与钻孔地质验证资料进行比对,分析问题,掌握规律,使矿井防爆地质雷达技术和装备不断成熟。
【作者】宋劲;
【导师】吴燕清;
【作者基本信息】中南大学,地质资源与地质工程,2014,博士
【关键词】地质雷达;防爆技术;煤系地层;数值模拟;井下探测;

【参考文献】
[1]刘虎兴.面向服务的铁路调度系统集成及复杂业务处理研究[D].北京交通大学,2010.
[2]赵尤成.铜基石墨烯纳米复合材料的调控制备及性质研究[D].山东大学,无机化学,2013,硕士.
[3]祝磊.北京市打工子弟学校体育的现状研究[D].首都体育学院,体育教育训练学,2013,硕士.
[4]张文锋.基于DSP的全桥LLC谐振变换器的设计[D].西安科技大学,微电子学与固体电子学,2014,硕士.
[5]李芳菲,吕伟,牛树章,李宝华.石墨烯包覆炭硫复合物正极材料的制备及其电化学性能(英文)[J].新型炭材料,2014,04:309-315.
[6]石龙龙.井地电位数据采集及无线通讯协议研究[D].吉林大学,测试计量技术及仪器,2013,硕士.
[7]杜凡.北京市公园晨晚练站点社会体育指导员活动管理的研究[D].西安体育学院,体育教育训练学,2013,硕士.
[8]秦茜.公共自行车租赁系统调度问题研究[D].北京交通大学,交通运输规划与管理,2013,硕士.
[9]高菲菲.实时系统内存管理方案的设计与实现[D].吉林大学,计算机应用技术,2013,硕士.
[10]苏永春.家庭支持政策对家庭养老的影响[D].西北大学,社会保障,2013,硕士.
[11]邢晓晓.过渡金属催化的吡咯并喹啉酮及苯肼衍生物的合成研究[D].重庆大学,化学,2014,硕士.
[12]潘沁.基于石墨烯改性的锂(钠)离子电池负极材料与正极材料的研究[D].浙江大学,锂离子电池电极材料(专业学位),2014,硕士.
[13]王岩.机动车强制责任保险受害人利益保护问题研究[D].沈阳师范大学,法律,2013,硕士.
[14]李俊.税务稽查的电子取证问题研究[D].湘潭大学,法律,2011,硕士.
[15]徐洁.数控立铣刀基本参数视觉测量方法研究[D].西安工业大学,机械电子工程,2014,硕士.
[16]鲍梅玲.针对316LN不锈钢动静态再结晶模型的DEFORM二次开发[D].太原科技大学,材料加工工程,2013,硕士.
[17]周红.“3+X”形势下的中学生物学教学现状及其对策的研究[D].山东师范大学,学科教学论,2003,硕士.
[18]宋天蕖,何勇.SDH告警中的知识发现[J].西南民族大学学报(自然科学版),2004,06:820-825.
[19]陈前虎,寿建伟,潘聪林.浙江省小城镇发展历程、态势及转型策略研究[J].规划师,2012,12:86-90.
[20]丛阳.开关柜真空度在线监测系统研究[D].大连理工大学,电机与电器,2013,硕士.
[21]郑磊.具有TiN过渡层的Si基NbN薄膜的制备与性能[D].苏州大学,凝聚态物理,2013,硕士.
[22]王恒.基于CAN总线的机舱监视与报警系统设计与实现[D].大连海事大学,船舶与海洋工程,2013,硕士.
[23]刘婉莹.视神经切开减压对大鼠不完全视神经损伤保护作用的实验研究[D].第四军医大学,神经生物学,2004,硕士.
[24]莫雪梅.《深渊居民》(第一章至第四章)翻译报告[D].四川外国语大学,翻译(专业学位),2013,硕士.
[25]张卫海.主链含双层笼型倍半硅氧烷结构聚芳醚砜杂化材料的分子设计、合成及性能研究[D].吉林大学,高分子化学与物理,2014,硕士.
[26]史小凤.中英交替传译中错译漏译及相应解决办法[D].上海外国语大学,翻译,2012,硕士.
[27]徐莹,李雁斌,张丽敏,张琦,王铁军.介孔碳材料改性研究进展及在生物油加氢反应中的应用综述[J].生物质化学工程,2014,05:24-32.
[28]李绣宝.论周来祥审美关系说[D].西南大学,美学,2014,硕士.
[29]郭文勇,赵彩宏,张志丰,肖立业,欧阳弈,辛理夫.电压型超导储能系统统一非线性控制策略[J].电力系统自动化,2007,19:54-58.
[30]范晓君.山东省金融生态环境运行效果的统计测度与评价[D].山东财经大学,统计学,2012,硕士.
[31]卢娓.钯催化芳基硼酸与酸酐衍生物的反应研究[D].温州大学,有机化学,2012,硕士.
[32]曾鸣.郭文斌小说的语言风格研究[D].宁夏大学,汉语言文字学,2014,硕士.
[33]王海.三一重工有限公司供应商管理研究[D].湖南大学,工商管理,2010,硕士.
[34]吴芳.普遍语法理论与英语作为外语学习/教学中的一个重要问题[D].福建师范大学,英语语言文学,2004,硕士.
[35]王晓丽.短时记忆一生发展的横断研究[D].华东师范大学,发展与教育心理学,2004,硕士.
[36]朱华芳.萃取法从盐湖老卤中提锂的创新工艺研究[D].成都理工大学,分析化学,2011,硕士.
[37]胡娟.对外贸易就业效应的国际比较研究[D].宁波大学,国际贸易学,2013,硕士.
[38]李夏林.仿生控释BMP-2和BMP-7的PELA微球支架的研制及其修复大鼠骨缺损的实验研究[D].南方医科大学,外科学,2014,博士.
[39]马锴.“中华民族多元一体”理论的当代意义研究[D].青海师范大学,马克思主义基本原理,2012,硕士.
[40]李洋.9CJ-3.0散草捡拾运输车切刀及喂入机构的分析研究[D].内蒙古农业大学,机械工程,2013,硕士.
[41]郭红珊.论美国女奴哈丽雅特·雅各布斯的个人生活叙事[D].鲁东大学,世界史,2013,硕士.
[42]许飞.延安市烟草公司货源精准投放研究[D].西北大学,高级工商管理(EMBA)(专业学位),2012,硕士.
[43]禹洋春.基于生态足迹模型的耕地生态压力研究[D].西南大学,自然地理学,2014,硕士.
[44]姚玉婷.从股指期货与现货的互动关系看我国A股市场定价权[D].南京农业大学,金融学,2012,硕士.
[45]李世博.适应分布式电源接入的配电网调压策略研究[D].山东理工大学,电气工程,2013,硕士.
[46]肖国才,廖建强,张之忠.对引进设备中滤波器的改造[J].冶金自动化,1995,04:51-53.
[47]栗文义,张保会,巴根.风能大规模利用对电力系统可靠性的影响[J].中国电机工程学报,2008,01:100-105.
[48]卢慧娟.保障房建设实施绿色建筑激励政策研究[D].重庆大学,技术经济及管理,2014,硕士.
[49]闾倩.miR-143在甲状腺相关性眼病中的作用机制及糖皮质激素临床冲击治疗研究[D].第二军医大学,内科学(专业学位),2013,硕士.
[50]史春丽.叶酸靶向的还原敏感星形共聚物胶束作为抗癌药物载体的应用研究[D].西南交通大学,微生物与生化药学,2014,硕士.

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