太赫茲探測技術(shù)論文

　　太赫茲是一種新的、有很多獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)的輻射源;下面是學(xué)習(xí)啦小編整理的太赫茲探測技術(shù)論文，希望你能從中得到感悟!

　　太赫茲探測技術(shù)論文篇一

　　瑞利波探測儀探測空洞的探索

　　摘要：瓦斯事故是影響煤礦安全生產(chǎn)的一大因素，是生產(chǎn)過程中需要預(yù)防的技術(shù)瓶頸。國內(nèi)外科研機(jī)構(gòu)和生產(chǎn)單位投入大量的人力物力研究新技術(shù)、探索新方法。煤炭科學(xué)研究總院西安研究院研制生產(chǎn)的YTR(D)瑞利波探測儀能夠準(zhǔn)確探知50m范圍內(nèi)的介質(zhì)分布情況。根據(jù)實(shí)際需要利用瑞利波儀器，通過對其探測理論的學(xué)習(xí)及延伸，嘗試在地面做空洞探測，探索研究特征曲線，嘗試開發(fā)儀器新功能，以滿足井下安全生產(chǎn)的需要。

　　關(guān)鍵詞：瑞利波探測儀;施工布置;數(shù)據(jù)采集;井下施工

　　中圖分類號(hào)：TD71 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374(2013)21-0016-02

　　平禹煤電公司四礦曾于2008年8月1日和2010年10月16日發(fā)生煤與瓦斯突出事故，前者突出煤量2554噸，突出瓦斯量約26萬m3，后者突出煤量2500噸，突出瓦斯量約17萬m3，突出區(qū)域局部形成了不規(guī)則的空洞，為了了解該空洞的形狀及范圍，根據(jù)礦井生產(chǎn)需要，決定使用瑞利波對該區(qū)域進(jìn)行探測。

　　1 瑞利波探測儀儀器原理簡介

　　瑞利波探測儀是由煤炭科學(xué)研究院西安研究院研制，型號(hào)為YTR(D)，是由探測主機(jī)、人工震源墊、銅錘、鋼釬、六道檢波器及一道觸發(fā)器組成。它是利用特定波段(瑞利波)在不同介質(zhì)中及介質(zhì)分界面?zhèn)鞑ニ俾实淖兓⒁圆ǖ姆瓷湫问接|發(fā)，由檢波器接收信號(hào)，從而達(dá)到采集數(shù)據(jù)的目的。其施工方法見圖1：

　　瑞利波是采用瞬態(tài)波進(jìn)行工作的，它由震源產(chǎn)生一定帶寬的脈沖，通過測線上相距震源不同距離的接收傳感器，進(jìn)行信號(hào)數(shù)據(jù)采集，利用FFT(快速付里葉變換)和頻譜分析技術(shù)，通過相干函數(shù)的互功率譜相位展開譜，從而得到兩個(gè)記錄信號(hào)在不同頻率下瑞利波在傳播過程中由于時(shí)滯而產(chǎn)生的相位差，根據(jù)兩路不同頻率信號(hào)的相位差就可計(jì)算出傳播時(shí)間和速度。由傳感器各點(diǎn)布置的已知距離，可求得不同頻率瑞利波的相速度，同時(shí)由此得到測點(diǎn)的瑞利波頻散曲線。在地面上放置一個(gè)園形基座墊，并施加一個(gè)垂直的沖擊，由于慣性力和彈力相互作用，震動(dòng)將會(huì)產(chǎn)生體波和面波，體波包括縱波(P波)、橫波(S波)等，它們以半球面方式向地層傳播，能量以1/r2的比例衰減(r為波的傳播距離)。而面波，我們這里主要指瑞利波(R波)，是在介質(zhì)自由表面附近按圓柱形波前方式傳播，能量以1/r的比例衰減，在三種波中衰減最慢。R波的能量占67%，S波的能量占26%，P波的能量占7%，即瑞利波占總能量的2/3而且衰減最慢。因此，在震源附近觀測，所接收到的R波比體波強(qiáng)得多。

　　只要知道傳感器道間距Δ和每一頻率的相位差φ，就可以計(jì)算出瑞利波每一頻率的相速度：

　　已知頻率為f的瑞利波速度后，其相應(yīng)的波長為：

　　根據(jù)彈性波理論，瑞利波的能量主要集中在介質(zhì)的自由表面附近。其深度在一個(gè)波長范圍內(nèi)。

　　2 資料解釋原則

　　頻率與波長成反比，頻率越高，其波長λR越短，勘探深度越小。反之，低頻時(shí)波長較長，探測深度越大。據(jù)此可知，高頻波反映介質(zhì)表面附近的地質(zhì)情況，而較低的頻率的波則反映較深的地質(zhì)情況。瑞利波探測法是礦井地質(zhì)普遍采用的重要勘探方法之一，探測原理主要是利用瑞利波的兩個(gè)特性：一是波在分層介質(zhì)中傳播時(shí)的頻散特性;二是波的傳播速度與介質(zhì)的物理力學(xué)特性密切相關(guān)。

　　3 施工布置及數(shù)據(jù)采集和分析

　　經(jīng)多方咨詢和查找資料，發(fā)現(xiàn)有瑞利波探測空洞的理論，但沒有成功例子。為了更好地完成任務(wù)，確保探測成果質(zhì)量，組織人員對地面已知空洞進(jìn)行探測，希望能摸索出經(jīng)驗(yàn)，更好地指導(dǎo)井下探測。

　　首先在野外選取垂直落差在5～10m的坡地為探測地點(diǎn)，主要是利用探測各站不同的傾角來查明和確定探測信號(hào)穿出黃土層進(jìn)入空氣的界面，還有信號(hào)沿直線穿出空氣再次進(jìn)入黃土層的界面位置。為了達(dá)到該目的，在探測落差面上游2m處平行布置一排檢波器，該站為垂直打設(shè)，主要是為信息分析提供基礎(chǔ)性參考數(shù)據(jù)，該站數(shù)據(jù)02-04采樣長度2048，采樣間隔1/4s，01、05-06采樣長度1024，采樣間隔1/4s，各道原始數(shù)據(jù)一致性較好，整體數(shù)據(jù)質(zhì)量較好，可以作為基礎(chǔ)性參考數(shù)據(jù);二站、三站分別以-68°、-56°向落差面方向探測，預(yù)計(jì)信號(hào)穿出黃土層進(jìn)入空氣的位置分別為落差面5m處和3m處，由此來判定瑞利波探測信號(hào)是否在空洞中傳播以及傳播的方式如何，下面詳細(xì)介紹探測過程、參數(shù)設(shè)置及分析過程(探測分析圖見圖2、圖3、圖4)。

　　探測各站組間距、道間距均為1m，一站垂直地表打設(shè)，采用5炮3級(jí)制，獲得有效數(shù)據(jù)5組，探測發(fā)現(xiàn)地表以下3.2m、5.1m、8.3m、17.6m、37.5m均出現(xiàn)了不同程度的波形異常，由落差面黃土層的分布情況來看，0～3.2m為松散的黃土層，3.2～5.1m為褐紅色膠質(zhì)黃土層，前者主要是受人類活動(dòng)的影響，推斷5.1～8.3m范圍為致密的膠泥層，8.3～17.6m可能為有夾雜物的膠質(zhì)黃土層，17.6m之后介質(zhì)發(fā)生了實(shí)質(zhì)性的變化，認(rèn)為探測信號(hào)可能進(jìn)入巖類介質(zhì)中。以上分析可作為本次探測基礎(chǔ)性參考數(shù)據(jù)。

　　由以上分析，可類推出二站探測信號(hào)的路徑：發(fā)現(xiàn)探測方向3.4m、5.7m、9.3m、15.2～19.6m、33.2m均為波形異常，推斷3.4～5.7m為褐紅色膠質(zhì)黃土層，5.7～9.3m范圍為致密的膠泥層，9.3～19.6m可能為有夾雜物的膠質(zhì)黃土層，19.6m之后介質(zhì)發(fā)生了實(shí)質(zhì)性的變化。

　　假想瑞利波在同一介質(zhì)內(nèi)于探測方向上傳播，則該站從理論上推算信號(hào)穿出黃土層應(yīng)該位于+=3.6m，即信號(hào)在黃土層中傳播3.6m遇與空氣接觸面任何介質(zhì)中傳播，理論計(jì)算與探測值誤差0.2m，瑞利波作為面波的一種，遵循面波的基本特性，即面波是在地表或者介質(zhì)分界點(diǎn)相遇后激發(fā)產(chǎn)生的，但在遭遇喀斯特、斷裂和空洞等構(gòu)造時(shí)，因形成面波的橫波不能在其中傳播，則呈現(xiàn)出瑞利波不傳導(dǎo)的情況，從理論上講，在界面附近出現(xiàn)一個(gè)波峰，隨后便不存在任何波形異常，直到瑞利波探測有效范圍。事實(shí)上包括第三站均出現(xiàn)與第一站類似的波形，而不像理論上推導(dǎo)的那樣。合理的解釋是瑞利波在淺層半空間探測中(0～10m)，在采集到軟件處理中均受到人為的壓制，出現(xiàn)了失真度較高的情況，不能作為判別的依據(jù)，另外，帶有坡度的探測中瑞利波在傳播過程中于界面處發(fā)生了衍射，是造成三站類似的主要原因。

　　4 井下施工情況

　　根據(jù)以上試驗(yàn)成果，我們對現(xiàn)場進(jìn)行了探測。由于現(xiàn)場條件復(fù)雜，從施工的6組數(shù)據(jù)中提取的有效信息有限，最終未能取得預(yù)想效果。

　　5 結(jié)語

　　經(jīng)過探測分析及查閱資料，發(fā)現(xiàn)井下探測空洞是可行的，但需施工一個(gè)距離探測目標(biāo)大于10m的斷面，并且目標(biāo)空洞應(yīng)為“漏斗”形的，這樣可為瑞利波衍射提供條件，否則探測波形只能顯示出最初遇到的界面而不能同時(shí)衍射到另一個(gè)界面，這樣也就達(dá)不到探測目的。

　　圖釋：波形圖中橫坐標(biāo)為同一探測模式的取樣數(shù)量，縱坐標(biāo)為探測方向上的延伸深度。根據(jù)瑞利波在介質(zhì)面反應(yīng)強(qiáng)烈性質(zhì)，結(jié)合試驗(yàn)區(qū)域表土層分布狀況，推斷圖2中①為松散黃土層與較致密膠質(zhì)層分界面，②為致密膠質(zhì)層與松散巖性介質(zhì)的分界面。圖3、圖4可依此類推。

　　參考文獻(xiàn)

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　　[2] 楊勤海，李洪濤，吳悅.瑞利波勘探技術(shù)在水庫勘察中的應(yīng)用 [J].物探與化探，2004，(1).

　　[3] 趙存明，沈斐敏，張燕清，吳存興.瑞利波探測公路施工隧道含水?dāng)鄬悠扑閹?[J].煤田地質(zhì)與勘探，2008，(2).

　　[4] 煤炭科學(xué)研究院西安研究院.瑞利波探測儀使用說明書[S].

　　作者簡介：高子勇(1975-)，男，供職于禹州安泰煤業(yè)有限公司，研究方向：采礦管理;趙軍杰(1983-)，男，供職于禹州安泰煤業(yè)有限公司。

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