WKTE无线电波透视仪坑透仪使用说明书.docx
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WKTE无线电波透视仪坑透仪使用说明书
ISO9001:
2000认证企业
煤炭科学研究总院重庆分院
产品使用说明书
WKT-E具通讯功能无线电波透视仪
感谢您选购本产品!
为了保证安全并获得最佳效能,安装、使用产品前,请详细阅读本使用说明书并妥善保管,以备今后参考。
执行标准:
Q/MKC114—2005
版本号:
2.0版
出版日期:
2006-11-2006
编写:
胡运兵方有令
概述
一 、概述
1.型号及名称使用环境条件及应用范围
WKT-E具通讯功能无线电波透视仪
型号的组成及其代表意义:
使用环境条件及应用范围
说明:
WKT系列无线电波坑道透视仪从上世纪70年代开始在煤矿应用,WKT已被广大用户认同为无线电波坑道透视的专用词,无线电波坑道透视仪的型号从现在以至今后只在编号上改动,WKT不变。
2.系统组成
WKT-E型具通讯功能无线电波坑道透视系统由便携式井下WKT-E型无线电波坑道透视仪和地面资料处理系统组成,见下图。
WKT-E型具通讯功能无线电波坑道透视仪由井下发射机、接收机、发射天线、接收天线、钻孔发射探头、钻孔接收探头及地面充电器组成;地面资料处理系统由计算机、打印机及软件系统等组成。
该系统整机重量轻;操作简单;仪器为数字
显示;自动纪录和存储;并由分析软件处理
成图。
仪器探测距离100~300M,最大350M。
获煤炭部科学技术进步二等奖。
3.应用情况
WKT-E型无线电波坑道透视系统在全国已经推广应用了150多套。
除了西山、阳泉、大同、潞安、晋城、汾西、霍州、开滦、峰峰、邯郸、平顶山、义马、焦作、永城、徐州、淮北、淮南、皖北、新汶、兖州、肥城、铜川、韩城、神华、石炭井、石嘴山、靖远、乌海、鸡西、南桐、攀枝花等矿务局部分煤矿应用外,中国矿业大学、山东科技大学、焦作工业学院、淮南矿业学院、黑龙江矿业学院、西安工程学院、西安分院等院校购买该系统作为教学设备和工程探测设备。
4.使用环境条件及应用范围
4.1使用环境条件
无线电波坑道透视是用来探测:
顺煤层两煤巷、两钻孔或煤巷与钻孔之间的各种地质构造异常体。
发射机与接收机分别位于不同巷道或钻孔中,同时做等距离移动,逐点发射和接收。
或发射机在一定时间内相对固定位置,接收机在一定范围内逐点观测其场强值。
巷道之间探测
4.2应用范围
主要应用在探测:
①地质构造破坏软分层带、瓦斯富集带等来预测瓦斯灾害区;
②直径10米以上的陷落柱;
③断距大于三分之一煤厚的断层;
④富含水带;
⑤顶板垮塌或富集水的采空区;
⑥煤层厚度及产状变化带;
⑦夹矸厚度变化带;
⑧火成岩侵入体等。
二、工作原理
无线电波坑道透视探测原理如下:
交替成层的含煤地层是非均匀介质,电磁波在含煤地层中传播可分解为垂直层理和平行层理方向,在垂直层理方向是非均匀介质,在同一煤层一定范围内平行层理方向上可近似认为是均匀的。
采面巷道通常都是布置在同一煤层中,电磁波透视是在顺煤层的两巷道或两钻孔中进行,因此透视时的电磁波传播仍可利用均匀介质中的传播公式,假设辐射源(天线轴)中点O为原点,在近似均匀、各项同性煤层中,观测点P到O点的距离为r,P点的电磁波场强度Hp由下式表示:
e-βr
Hp=Ho───f(θ)
r
式中:
Ho—决定于发射功率和天线周围煤层的初始场强;
β—煤层对电磁波的吸收系数;r-—P点到O点的直线距离(m);
f(θ)—方向性因子,θ是偶极子轴与观测点方向的夹角。
在辐射条件不随时间变化时,Ho是一常数,吸收系数β是影响场强幅值的主要参数,它的值越大,场强变化就越大。
吸收系数与电磁波频率和煤层的电阻率等电性参数有直接关系:
在同一均匀煤层中,频率越高吸收系数就越大,电磁波穿透煤层距离就近;煤层电阻率越低,吸收系数也越大。
煤层中断裂构造的界面,构造引起的煤层破碎带、煤层破坏软分层带以及富含水低电阻率带等都能对电磁波产生折射、反射和吸收,造成电磁波能量的损耗。
如果发射源发射的电磁波穿越煤层途径中,存在断层、陷落柱、富含水带、顶板垮塌和富集水的采空区、冲刷、煤层产状变化带、煤层厚度变化和煤层破坏软分层带等地质异常体时,接收到的电磁波能量就会明显减弱,这就会形成透视阴影(异常区)。
矿井电磁波透视技术,就是根据电磁波在煤层中的传播特性而研制的一种收、发电磁波的仪器和资料处理系统。
可见,矿井电磁波透视技术在探测矿井采面和顺煤层两钻孔之间、两石门之间内的地质异常体及瓦斯灾害区是有理论依据的,是完全可行的。
三、技术特征
1.主要性能
★探测距离:
巷道间距离150~350m;
★仪器使用寿命:
根据煤矿井下使用环境,仪器使用寿命5~6年。
2.主要参数
★WKT-E发射部分
防爆型式:
ibI(150℃)本质安全型;
工作频率(MHz):
0.3,0.5,1.5;
频率稳定度:
不劣于5×10-6;
发射天线:
环形天线或钻孔天线;
供电电源:
1.2V×16节3.6Ah的镍氢电池,连续工作3h
工作电压:
模拟电路12V,数字电路5V
输出功率误差:
功率输出误差小于5%
★WKT-E接收部分
防爆型式:
ibI(150℃)本质安全型;
工作频率(MHz):
0.3,0.5,1.5;
接收灵敏度:
(信噪比3:
1)<0.05µV/m;
显示方式:
数码管数字显示;
供电电源:
1.2V×15节1.8Ah的镍氢电池,连续工作4h
工作电压:
模拟电路12V,数字电路5V
测量范围:
0.1~113.9dB
数据通讯:
RS232串口通讯
接收天线:
环形天线或钻孔天线
四、尺寸、重量
1.外形尺寸
●透视仪发射机:
长24cm 宽9.5cm 高2.5cm
●透视仪接收机:
长29 宽12 高21
2.重量
●透视仪发射机:
<5Kg
●透视仪接收机:
<4.5Kg
仪器操作方法流程
1.观测方法
观测方法分同步法和定点法。
同步法(一对一):
发射机与接收机同时逐点移动,并在各测点分别发射和接收场强值;定点法(一对多):
就是发射机相对固定,接收机在一定范围内逐点观测其场强值。
由于发射机不便频繁移动,通常多采用定点法观测。
2.观测点的布置
布置测点前须对工作面有一定了解(如工件面的位置和平面形状、掘进中揭露的构造、煤层厚薄变化、瓦斯和含水等情况),对于推测异常区域可采用加密测点的方法来提高透视精度。
布置测点时,测点号不能重复。
实际测点号位置应与图纸相符。
一般相邻接收点间距离为10米,发射点间距为50米。
每一个发射点,接收机可相应的接收10~15个点,接收点与发射点之间所形成的扇形夹角不大于45度。
如有条件,选择地质条件正常、干扰因素少的地段,在一条巷道布置1~2个发射点,作透视条件试验:
接收从离发射机30米的地方开始,每隔10米接收一个数据,一直到接收值不再下降为止。
目的是求该发射机发射的电磁波在该工作面煤层中的初始场强值(Ho)、穿透距离D及煤层的吸收系数(β)。
操作步骤简要
硬件部分
●发射机使用、操作
①在约定发射点,联接好发射天线,将发射天线尽量撑开,并将天线以垂直巷道走向方向竖直挂置。
②将频率选择开关旋至事先所选择的工作需频率(0.3、0.5MHz或1.5MHz)处。
③到约定发射时间,打开电源开关,调节调谐旋钮,使面板表头指针偏转角度最大。
使发射机在此状态下稳定发射约定时间(通常为3分钟)。
注:
发射机发射过程中,数码管显示窗口,前面显示电压,后面显示时间,一般发射3分钟后蜂鸣器开始响;电压低于17.6V后计时开始变乱,蜂鸣器开始不按3分钟响,仪器仍能正常发射,提示电池还可工作一段时间但不会太长;电压低于15V后,电池马上就要没电,仪器不能正常发射,最好不要再发射。
④一个点发射完后,关掉电源、频率选择开关不动,取下挂置的发射天线,将其搬至下一发射点。
重复1-4步骤,直到最后一个发射点。
⑤发射完成后,关掉电源,将频率开关拨至“断”处,结束井下工作。
●接收机使用、操作
▲接收机的一般操作流程
清除
①开机②原有数据处理③频率设定
不清除
④增量点号设置⑤场强值测量⑥数据通讯
①开机
开机前应先按下“复位”键(不松开),再开启电源开关,然后松开“复位”键。
此时接收机先后显示:
“Ε--××”(仪器型号、当前频率)
“×××××.×”(当前频率和当前接收值或叫开机状态)
②原有数据处理
在“×××××.×”(当前频率和当前接收值或叫开机状态)状态下键入“有效”,接收机可能出现两种情况:
Ⅰ.接收机内存有数据,则显示--TR--。
对接收机内的原有数据可执行清零和不清零两种操作。
此时键入“清零”,接收机显示“4-C1-CH”,按“1”不清零,按“4”清零,并用“有效”键确认之。
完成上述操作后,接收机显示:
“PS005”(此意为发射点号为005号),接收机在清除数据后频率自动到默认的0.5MHz。
Ⅱ.接收机内存没有数据,接收机直接显示:
“PS005”。
③频率设置
按步骤①、②后,按“复位”键进入开机状态,按“重显/重写”键,接收机显示:
“1-32-5”
此时键入1则选中频率为0.3MHz;键入2则所选频率为0.5MHz;键入其它数字键则1.5MHz频率被选中,用户可根据需要选择所需频率。
选中频率后,接收机显示:
“×××××.×”(当前频率和当前接收值)。
频率一经选中将不再变化,直到重新设置为止。
频率选中后,按“有效”键,接收机直接显示:
“PS005”或“PS×××”。
④增量、点号设置
A.增量设置
在“PS×××”状态下按“增量”键,接收机显示:
“P8+9-”(发射点设置状态)。
由小点号向大点号,测量选“8”(递增);由大点号向小点号测量选“9”(递减)。
例如:
选“8”接收机显示:
“PS+1”,这表示发射点点号每次递增1。
一般地,将1改为5(“PS+5”),这表示发射点点号每次递增5(每隔5个点发射一次)。
用户可根据实际情况选择相应数字,并用“有效”确认。
进入“R8+9-”(接收点设置状态),接收点设置与发射点设置类似,由小向大点号,选“8”(递增);由大向小点号选“9”(递减)。
如:
选“8”接收机显示:
“RE+1”,这表示接收点点号每次递增1。
一般地,增量通常为1(逐点接收),并用“有效”键确认,显示:
“PS005”或“PS×××”。
B点号设置
增量设置后,输入第一个发射点号“×××”,输入实际第一个发射点号,按“有效”确认。
显示:
“RE000”或“RE×××”,输入第一个发射点的第一个接收点号,并用“有效”确认。
这时进入正式接收状态:
“××××××.×”(第一个接收点点号和其接收值),等待发射。
注:
一定要区分发射点号跟对应的接收点号。
⑤场强值测量
A.场强值的接收
连接好接收天线和接收机,约定的时间发射后,接收机显示:
“××××××.×”,接收天线垂直巷道,天线不动,如果接收值相对稳定,按“有效”键则该接收点号和分贝值存入存储器;存入数据后,接收机显示“RE×××”,问是否去下一个接收点号(此时若该接收点值未测准确,可重输第“×”个接收点号,按“有效”确认,重复前面工作重测该点值),按“有效”键确认去下一个接收点,接收机显示:
“××××××.×”,到第二个接收点停一小会,接收天线垂直巷道,天线不动,如果接收值相对稳定,按“有效”键则该接收点号和分贝值存入存储器;……重复接收操作。
B.换发射点
在显示:
“RE×××”状态下,如果不去下一个接收点(即某一发射点对应的接收点接收完毕),按“换页”键,接收机显示:
“PS×××”,自动换到下一发射点号,确认无误后按“有效”键确认;显示:
“RE×××”,再在“RE×××”状态下输入第二个发射点的第一个接收点号(一般在上一个接收点处退后5个点),并用“有效”确认,这时进入等待接收状态,发射后,接收机显示:
“××××××.×”,接收天线垂直巷道,天线不动,如果接收值相对稳定,按“有效”键则该接收点号和分贝值存入存储器……重复接收操作。
……重复B步操作,直到该巷道结束。
第一条巷道测量完毕后,先按住“复位”,再关闭电源,松开“复位”键。
C.交换巷道
交换巷道后,在约定的时间开机,按“有效”,显示:
“----TR----”,此时不能清零,否则已测数据将丢失,按任一“数字”键,显示:
“PS×××”重复④⑤操作。
(注:
若测试点号由从小到大变为从大到小,设置“增量”时就选“9”递减;若测试点号顺序仍由从小到大,就不用再设置“增量”了)。
D.关机
测量完毕后,先按住“复位”,再关闭电源,松开“复位”键。
软件部分
●软件简介
本软件系统是用来处理无线电波透视资料的应用性软件,该系统具如下功能:
对在井下实际探测到的数据进行通讯;对测得的数据进行计算、CT处理、分析,从而确定参数H0、,得到平面交绘图、综合曲线图和CT成像图,圈定出工作面内的物探异常区;对平面交绘图、综合曲线图和CT成像图进行编辑和整理;打印成果图和成果报告。
本软件是适用于windows操作环境的无线电波透视资料处理系统,该系统采用图文交互界面,形象直观、具有良好的人机对话功能,适用于各级用户。
通过现场实际应用后证明,本系统软件能有效、正确地处理资料,查找和解释出工作面内的物探异常区域。
●操作流程
运行桌面快捷方式WKT
见上图输入需要处理的工作面名;如6222后,进入如下处理系统主菜单(以下叫用户平台):
在系统的用户平台中给出了六种操作选择,在通常情况下,我们根据最常见的操作步骤,按照从数据采集到数据处理,再到CAD处理和CT成像、以及成果图的打印和报告的提出的顺序来一一解说.下面就是一个常见的操作流程图:
用户平台
按1进入CT系统对采集数据通讯
按2出现提示,随即生成该工作面的dwg文件,该文件在C:
\WKTCT\dwg文件夹下面,打开该文件,就可以画工作面、布置测点
按1计算H0、B、CT处理
在dwg文件中进行ct扫描
WKT系统软件操作一般流程图
●操作步骤
一、数据通讯处理
1.数据通讯
用通讯线连接好坑透仪和计算机,在用户平台下选1进入CT系统菜单,选1进入通讯菜单,再选1出现如下提示:
按提示,如果按空格键进入如下的通讯等待状态:
此时,打开透视仪接收机电源,按“有效”键显示--TR--,再按“输出”键,显示1—T2—CH,选“1”键就向计算机传输数据,选“2”返回不通讯。
通讯完毕后回车,在界面提示下返回用户平台。
在用户平台上键2,在C:
\WKTCT\dwg文件夹下自动生成该工作面的cad文件,如F6222.dwg
2.原始数据编辑
在用户平台下键7退回到windows视窗环境,在C:
\WKTCT\TR文件夹下可对通讯数据进行编辑。
注:
若用0.3MHz频率探测,形成F6222.TR和F6222.TR1文件;若用0.5MHz频率探测,形成F6222.TR和F6222.TR2文件;若用1.5MHz频率探测,形成F6222.TR和F6222.TR3文件。
后缀为.TR的文件放置所有频率的数据,其中0.3MHz频率的数据为实际值,0.5MHz频率的数据加300dB,1.5MHz频率的数据加600dB;
后缀为.TR1的文件放置0.3MHz频率的数据,为实际值;
后缀为.TR2的文件放置0.5MHz频率的数据,为实际值;
后缀为.TR3的文件放置1.5MHz频率的数据,为实际值。
实际处理时,只调用后缀为.TR下的数据,编辑数据前,必须用后缀为.TR1或.TR2或.TR3的文件覆盖后缀为.TR的文件。
若要编辑6222工作面的原始数据在C:
\WKTCT\TR文件夹下,双击该工作面的tr文件,如双击f6222.tr,可对井下无用的测点删除或修改测点。
注意:
编辑数据不能改变数据格式,当删除某一发射点下的一个接收点后,必须将“ReciveNumber”,的数据大小减1,同时相应要修改记录该发射点下接收点的序号;当删除某一发射点的所有数据时,则“ShotPointMaxnumber”,的发射点个数要减1。
原始数据编辑完后必须注意保存。
二、工作面的模拟与测点布置
1.画工作面
.先设置工作面图形的比例尺(一般设为1:
1000),把鼠标移到输工作面子菜单下单击设置进入比例尺设置菜单,按设置菜单提示选择比例尺。
b.工作面巷道输入,一般把工作面运输巷和风巷输成双线巷道,两端输成单线巷道。
为输工作面方便,先把整个工作面平面图各个拐点的相对坐标确定下来,可把工作面平面图的左下角作为起点,坐标通常定为(10,110)。
以运输巷的输入为例:
选巷道输入菜单中的双线巷道后,显示:
输入起点:
(输入起点的相对坐标),X0,Y0
下一点:
(输入下一个拐点的相对坐标)X1,Y1
······
下一点:
(输入最后一点的相对坐标),按空格键结束一条巷道输入。
请输入巷道宽度:
(实际宽度,如3m)
请输入一点指明巷道布置在哪一边:
(把鼠标十字交点移到工作面外侧,单击鼠标左键确定)
风巷输入方法同上。
上两条巷道输入完毕后,再输两端单线巷道。
2.布置测点
把鼠标移到输工作面子菜单下单击布置测点,按屏幕左下角提示,先用捕捉小方框选择要布置测点的巷道(注:
选择双线巷道的内线),巷道选中后按提示依次输入;
输入第一个测点的x坐标:
(即起始测点相对x坐标)
输入测点个数:
(输所选巷道实际测点个数,个数可多输不能少输。
)
输入测点间隔:
(输测点间距离,一般为10m)
输入第一个测点的点号:
(第一个测点的编号)
输入显示测点间的间隔:
(一般为5)
输入测点书写位置:
(移到鼠标,鼠标十字交点在起始测点正上方或正下方单击)
另一条巷道的布置方法同上。
下图就是一个布置好测点的工作面:
3.划分网格
在输工作面子菜单中选划分网格,显示:
要划分网格吗?
(Y/N):
输入Y
输入网格宽度:
(一般为5)
输入网格高度:
(一般为5)
上述操作完成后,将捕捉小方框分别移到工作面四条内线上单击鼠标左键选中各边界
下图即为一个已划分网格的工作面:
4.存储已改动信息
以上四步操作完成后,则完成工作面输入任务,在输工作面菜单中选择存贮工作面,
三、计算H0、,平面交绘和CT处理
双击桌面WKT快捷方式,在用户平台下选1进入CT系统主菜单,见下屏幕显示:
★计算H0、
在上图所示的CT、CAD系统主菜单下选2进入如下计算H0、的主菜单:
a.先分每个剖面计算H0、,选择1后在屏幕显示的Pressanykey?
后按回车键(即),屏幕显示:
按Y键,计算机自动计算所有的剖面的H0、
Y/N?
按Y后
计算机就自动的把每个剖面的H0、计算完后,按回车键继续
.分段计算H0、,在计算H0、主菜单下选择2后在屏幕显示:
Pressanykey?
后按回车键(即),屏幕显示:
你想分成几段计算H0、?
一般一个工作面分成一段计算H0、,如果工作面太长且均匀性较差时,可分成几段计算H0、。
比如要分成两段计算,就在?
后选2,屏幕显示:
输入每段范围,如第一段0,42和第二段500,542
接下来按屏幕提示进行操作,键入Y后,屏幕显示:
DOYOUWANTTAKEINDATE%?
输入的百分数一般为:
80,分为几段计算,则输入几次百分数。
之后屏幕显示:
连续,进行叠代计算,直到返回上级菜单。
★平面交绘
在CT、CAD系统主菜单中,选3后屏幕显示:
按L键,打印H0、;R键,修改H0、;N键,重新分段;任一键(最好用回车键),继续
这里选R键对H0、进行适当修改,H0、的值要参考先前分剖面计算后选定的H0、值,对每段的H0、有针对性地修改,但相差不宜太大(一般H0的范围在110~155dB之间,在-0.2~-0.55之间)。
修改完后,屏幕显示:
输入你要观察的综合曲线的序号。
?
此时可把任一剖面(第N发射点)的综合曲线调出,如要观察第4剖面,就输入4后,调出该剖面的综合曲线图:
在上图最后一行?
号后,输入剖面号便可调出其它综合曲线观察。
在所有曲线图中,除个别干扰点外,理论曲线应在实测曲线上方,否则,再次按R对H0、进行适当修改,H0、取值应满足如下条件:
第一,理论曲线应与实测曲线尽量靠近;
第二,除个别干扰点外,实测曲线大部分应在理论曲线应下方。
若不满足上两个条件,再按R对H0、进行修改,修改完H0、后按S存盘。
要看工作面的大致物探异常区,要进行平面交绘,按PN后,屏幕显示:
输入探测负分贝数字的平面分布图,-30到15,如-5
?
(选择负分贝数)如-5,则显示:
在平面交绘图上可大致看出异常区。
按E退回上级菜单。
★CT处理
在CT、CAD系统主菜单中选4,进入CT处理主菜单:
一般计算机会自动进行首先计算CT文件,需等待计算一会时间,计算完后返到上图菜单(如果计算机不自动进行计算就直接到上图菜单,在上图CT处理主菜单中选1,首先计算CT文件,计算完后返到上图菜单)。
a.CT处理,分为平均值法CT、滤波CT处理、极大极小CT处理和原值CT处理,可任选一方法进行处理(一般常用平均值法或滤波法)。
例如,选2平均值法CT后,显示:
你想人为改变几个探测高值到零?
(一般选1~3)
-D=?
(一般为-5),出现图面后再回车返回上级菜单。
其它处理方法类似。
b.CAD输出,在CT处理主菜单中选6,进入如下菜单:
用何种方法进行CT处理,就用何种方法CAD输出,如选1平均值法CAD输出,屏幕将提示:
你想输出为点阵图
(1),还是圆圈呢
(2)?
选1,稍后返回上级菜单,再选7返回上级主菜单,再选5返回用户平台。
四、生成CT成像图
1.打开先前生成的CAD文件,在成果分析菜单下选CT成像子菜单,在屏幕左下角Command:
命令行后输入CT图像后缀名(若用平均值法处理的就用CT1,滤波法处理的用CT3),然后系统会自动生成CT成像图,见下图:
2.最终CT成果图:
3.调用综合曲线图
在工具菜单下点击分类显示开关,再点击分类显示开关子菜单下的CT图,即可关掉CT图,如下图所示:
在成果分析菜单下面点击综合曲线图,即可生成每个发射点对应的综合曲线图
注:
在生成CT成像图及综合曲线图后,可在CAD环境下,在输出图形菜单下点击加图筐,然后在点击特殊规格,根据需要可对图筐大小设置,一般所选图框的大小以稍大于工作面平面大小为宜;还可对成果图进行移动、放缩、文字输入和删除等处理(文字输入命令在左测工具栏处),可用Scale命令对图例的图标长度缩小(Command:
Scalew用鼠标找图标窗口范围点击,再,找基准点点击,再输入0.5
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