太赫茲是一種新的、有很多獨特優(yōu)點的輻射源;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：TD71 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：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?，并以波的反射形式觸發(fā)，由檢波器接收信號，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，從而得到兩個記錄信號在不同頻率下瑞利波在傳播過程中由于時滯而產(chǎn)生的相位差，根據(jù)兩路不同頻率信號的相位差就可計算出傳播時間和速度。由傳感器各點布置的已知距離，可求得不同頻率瑞利波的相速度，同時由此得到測點的瑞利波頻散曲線。在地面上放置一個園形基座墊，并施加一個垂直的沖擊，由于慣性力和彈力相互作用，震動將會產(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特性：一是波在分層介質(zhì)中傳播時的頻散特性;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，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，主要是利用探測各站不同的傾角來查明和確定探測信號穿出黃土層進(jìn)入空氣的界面，還有信號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)計信號穿出黃土層進(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)生了實質(zhì)性的變化，認(rèn)為探測信號可能進(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穿出黃土層應(yīng)該位于+=3.6m，即信號在黃土層中傳播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，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衍射到另一個界面，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)強烈性質(zhì)，結(jié)合試驗區(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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　　[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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