地層結(jié)構(gòu)成象的電磁儀器的制作方法

專利名稱：地層結(jié)構(gòu)成象的電磁儀器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明一般關(guān)系到探測(cè)煤層中地質(zhì)異常的儀器，明確地說(shuō)，這件發(fā)明是關(guān)于利用連續(xù)波中頻無(wú)線電成象技術(shù)和計(jì)算機(jī)輔助構(gòu)圖技術(shù)來(lái)得出輻射產(chǎn)生的煤層異常圖的儀器。
成層的煤層或煤床由于種種地質(zhì)機(jī)理都是變了形的。周圍幾層壓緊程度的不同，會(huì)引起煤層的斷裂、曲折和隆起。古代河流刷去了煤床上的煤，留下沙子和巖石沉積。這種沉積，亦就是河道沙土沖刷，能夠引起沖蝕和薄弱的頂部。這種煤層變形和巖石沉積，都是采煤的物理障礙。在采煤工業(yè)中，廣泛采用兩種地下采煤技術(shù)。一種叫房柱式連續(xù)采煤，這種開(kāi)采法可以繞過(guò)許多障礙進(jìn)行開(kāi)
連續(xù)開(kāi)采技術(shù)化費(fèi)少并且只需少量人力。例如，開(kāi)采時(shí)通常只需八個(gè)人開(kāi)三班。然而，連續(xù)開(kāi)采每班只能生產(chǎn)約300噸煤。另一種廣泛采用的技術(shù)叫長(zhǎng)壁開(kāi)采。長(zhǎng)壁技術(shù)在開(kāi)采均勻煤床時(shí)很有效，生產(chǎn)率平均可達(dá)每班1500噸。
在美國(guó)，采礦安全和健康管理局要求采用后退式長(zhǎng)壁，而不希望采用前進(jìn)式長(zhǎng)壁。但在歐洲，前進(jìn)式長(zhǎng)壁用得很多。后退式長(zhǎng)壁是向著主巷道方向開(kāi)采，而前進(jìn)式長(zhǎng)壁是離開(kāi)主巷道方向開(kāi)采。在建立后退長(zhǎng)壁時(shí)要用到連續(xù)開(kāi)采技術(shù)。從主巷道、與主巷道成直角方向和在長(zhǎng)壁采區(qū)的任一側(cè)，可以開(kāi)采出兩條巷道路線。這些巷道路線，各為首巷和尾巷道，延長(zhǎng)成長(zhǎng)壁采區(qū)的長(zhǎng)度。在長(zhǎng)壁區(qū)的盡頭，在首巷道和尾巷道之間掘一橫巷。對(duì)著主巷道的橫巷的壁是長(zhǎng)壁的面，長(zhǎng)壁采煤機(jī)就沿這面掘進(jìn)，其頭就指向著主巷道。長(zhǎng)壁向前移動(dòng)時(shí)，挖出區(qū)上方的頂部就坍陷下來(lái)。在挖掘的盡頭要留未開(kāi)采煤的阻擋塊，以支持主巷道上方的頂部。
在有長(zhǎng)礦區(qū)可以開(kāi)采的情況下，由于長(zhǎng)壁采礦的高產(chǎn)量，采用長(zhǎng)壁開(kāi)采在經(jīng)濟(jì)上是有利的。一個(gè)典型的長(zhǎng)壁采區(qū)可包括500，000至一百萬(wàn)噸煤。長(zhǎng)壁采煤的初始投資和建立費(fèi)用都很高，設(shè)備費(fèi)用平均數(shù)百萬(wàn)美元。長(zhǎng)壁的建立最少要30天，每天三班，每班十二至十四人。因此，建立費(fèi)用非常大，而要得到長(zhǎng)壁方法的低價(jià)生產(chǎn)利益，需要煤層是均勻的，以保持長(zhǎng)期生產(chǎn)。煤層的異常，例如斷裂、沖蝕、礦床交錯(cuò)和遇到巖脈，都能使長(zhǎng)壁生產(chǎn)提早終止。在許多例子中，遇到異常后，長(zhǎng)壁設(shè)備要換成“堅(jiān)硬”的鉆頭，或者用炸藥炸開(kāi)，這可能破壞設(shè)備并使礦工處于危險(xiǎn)之中。因此，如果在開(kāi)采以前能檢測(cè)和分析出煤層的異常，那么開(kāi)采工藝就可計(jì)劃得使生產(chǎn)成本為最少。如果能勘測(cè)到一個(gè)長(zhǎng)的連續(xù)的煤層，那么就可采用低成本的長(zhǎng)壁技術(shù)。如果發(fā)現(xiàn)有長(zhǎng)壁采礦的障礙，那么，采礦工程部門可以采用連續(xù)采礦法繞過(guò)這些障礙，或者例如采用沖刷或爆破辦法，把這些異常沖掉或炸掉。
對(duì)于有潛在生產(chǎn)價(jià)值煤礦的地質(zhì)勘探，已知有多種方法。這些方法采用了各種各樣的技術(shù)。衛(wèi)星成象和攝影給出過(guò)全球的數(shù)據(jù)供采礦地質(zhì)學(xué)家使用。然而，由于這種數(shù)據(jù)只能提供一個(gè)概貌，在決定煤層能否開(kāi)采上，這種數(shù)據(jù)起不了作用。地表層和露頭的宏觀勘查(踏勘)，根據(jù)地質(zhì)學(xué)家的現(xiàn)有知識(shí)，可以預(yù)報(bào)出地層的特性。地表的地震和電磁波傳播方法，對(duì)于經(jīng)濟(jì)礦包括石油和天然氣，在地球物理勘探中也廣泛采用，然而，這些微觀勘測(cè)技術(shù)，在調(diào)查煤層的詳細(xì)結(jié)構(gòu)上并不可靠。
為了得出關(guān)于煤層異常的有用數(shù)據(jù)，目前采用的是各種微觀勘查的礦層內(nèi)的地震法。在歐洲，有一種正在發(fā)展的技術(shù)，它是從16個(gè)地點(diǎn)爆炸，用120組地音探測(cè)器收聽(tīng)，每組有36個(gè)地音探測(cè)器，所得的地震數(shù)據(jù)用計(jì)算機(jī)處理，結(jié)果能發(fā)現(xiàn)斷裂。直到現(xiàn)在，這種方法需要在5英尺間隔處放置炸藥并需要安裝相當(dāng)長(zhǎng)的電線。地震法主要對(duì)前進(jìn)長(zhǎng)壁法而沒(méi)有想對(duì)后退長(zhǎng)壁法使用。此外，還沒(méi)有證明這個(gè)方法有解決沙床異常的能力，特別對(duì)于部分沖蝕和不重要的小的異常，這個(gè)方法也不能探測(cè)頂部或底部巖石的狀況?；谟每刂圃吹牡卮欧椒▉?lái)浮現(xiàn)地表，也有看到地殼的能力。這個(gè)方法在探測(cè)礦層的主要斷裂時(shí)看來(lái)是有用的，但也不能解決詳細(xì)的礦層結(jié)構(gòu)。
鉆井對(duì)探測(cè)長(zhǎng)壁障礙是有用的。在采礦區(qū)鉆600英尺的10×12個(gè)孔，以便對(duì)煤層取樣，然而，這方法的缺點(diǎn)是只復(fù)蓋障礙的一小部分。因?yàn)閺?fù)蓋面積有限，所以這個(gè)方法在探測(cè)和解決鉆孔與鉆孔之間可能存在的礦層異常時(shí)是沒(méi)有用的。從地表鉆探巖心和測(cè)井記錄仍然是煤礦信息的最可靠來(lái)源。巖心樣本提供了描繪地層的有用數(shù)據(jù)。測(cè)井記錄能夠探測(cè)到鉆孔附近的組成。但是，如果鉆井與鉆井之間的距離超過(guò)約50英尺，目前所用的測(cè)井記錄方法都不能探測(cè)和解決礦層的異常。礦層內(nèi)的水平鉆探能夠探測(cè)到礦層異常，但它和垂直鉆探同樣受到復(fù)蓋面的限制。此外，水平鉆探很費(fèi)錢，平均每生產(chǎn)一噸煤要化20美分。
曾經(jīng)研究過(guò)好幾種電磁技術(shù)，試圖提供一種能看到煤層內(nèi)部的地球物理方法。通常和合成的雷達(dá)技術(shù)已在文獻(xiàn)中有所報(bào)導(dǎo)。由于雷達(dá)的頻率很高，它對(duì)研究鉆孔附近的地質(zhì)結(jié)構(gòu)極其有用。然而，對(duì)于深層刺探，為了保持有用的分辨率，就需要非常高的發(fā)射功率，這是因?yàn)楦哳l信號(hào)隨著礦層中的距離迅速衰減。因此，目前的雷達(dá)方法不能看到礦層的深處。
R.J.LYTLE的文章“測(cè)定高對(duì)比異常的交叉鉆孔電磁探測(cè)”(“CROSSBOREHOLEELECTROMAGNETICPROBINGTOLOCATEHIGH-CONTRASTANOMALIES”GEOPHYSICS，VOL.，44，№.10，OCT.1979)和“計(jì)算機(jī)化的地球物理層析成象術(shù)”(“COPUTERIZEDGEOPHYSICALTOMOGRAPHY”PROC.IEEE，VOL.，67，№.7，JULY1979)已經(jīng)說(shuō)明了用連續(xù)波(CW)信號(hào)對(duì)煤層成象的方法。他的方法僅是附近兩孔間的層析成象。LYT1E的方法在距離和分辨率上都受限制，因?yàn)橄抻诳臻g，使測(cè)量只能利用鉆孔內(nèi)用的探頭。為了滿足層析成象的要求，LYTLE采用較高的頻率，因此，作用距離很短。此外，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)巖石的電導(dǎo)率遠(yuǎn)大于煤的電導(dǎo)率。在電導(dǎo)率(對(duì)比度)相差懸殊的地方，層析成象算法將是發(fā)散的，不能收斂，結(jié)果得不出圖象。
由美國(guó)礦務(wù)局一家公司的A.D.LITTLE領(lǐng)導(dǎo)的一項(xiàng)研究，研究了連續(xù)波中頻信號(hào)在煤層中的傳播。A.G.EMSLIE和R.L.LAGACE在“RADIOSCIENCE”(VOL.Ⅱ，NO.4，APR.1976)上發(fā)表的結(jié)果是關(guān)于電磁波的利用，但只是為了通信的目的。此外，在所用的電波傳播方程中，可能還有錯(cuò)誤。在KAISER的英國(guó)專利№.1，018，188中，透露了利用高頻無(wú)線電波試驗(yàn)各種介質(zhì)的方法。在SCHLUMBERGER有限公司的EPO專利申請(qǐng)№.0105801中，透露過(guò)一種測(cè)井記錄方法和儀器。這個(gè)方法不是用于深層穿透和成象，祇是用來(lái)測(cè)量鉆孔附近的電導(dǎo)率和介電常數(shù)。
其它的電磁技術(shù)方法也同樣有作用距離和分辨率問(wèn)題。以前的技術(shù)都沒(méi)有認(rèn)識(shí)到煤層中存在一個(gè)300-800KHz的傳輸容器。因此，沒(méi)有一種先前技術(shù)能得出遠(yuǎn)距離、高分辨率的地質(zhì)異常圖象。
本發(fā)明的簡(jiǎn)單說(shuō)明因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供煤層巷道內(nèi)和地面對(duì)煤層異常成象的儀器，其作用距離足以對(duì)整個(gè)長(zhǎng)壁采區(qū)成象。
本發(fā)明的進(jìn)一步的目的是提供煤層異常成象的儀器，其分辨率足以探測(cè)到斷裂、全部和部分的沖蝕、河道沙土沖刷、巖脈以及交錯(cuò)礦床。
本發(fā)明進(jìn)一步的目的是利用斷裂走向的地面成象來(lái)降低生產(chǎn)成本，并且提供出長(zhǎng)壁的合適走向。
本發(fā)明另一目的是在確定了采區(qū)的走向后，利用長(zhǎng)壁采區(qū)的巷內(nèi)成象來(lái)降低生產(chǎn)成本。
本發(fā)明還有一個(gè)目的是減輕或消除由于意料不到的地質(zhì)異常對(duì)礦工構(gòu)成的危險(xiǎn)。
本發(fā)明的另一目的是測(cè)定煤層的高度。
本發(fā)明的進(jìn)一步的目的是在長(zhǎng)壁的前面提供出詳細(xì)的煤層圖象。
本發(fā)明的進(jìn)一步目的是予測(cè)頂層的塌落。
本發(fā)明的進(jìn)一步目的是用信號(hào)強(qiáng)度測(cè)量裝置來(lái)驗(yàn)證予測(cè)到的異常。
簡(jiǎn)言之，本發(fā)明推薦的實(shí)施例包括一臺(tái)連續(xù)波中頻發(fā)射機(jī)，它有調(diào)頻的能力，并配有環(huán)形定向天線，一臺(tái)連續(xù)波中頻接收機(jī)，配有環(huán)形定向天線，并能精確地測(cè)定并記錄接收信號(hào)的幅度和發(fā)射信號(hào)的相移，以及數(shù)據(jù)處理裝置，它根據(jù)得到的原始數(shù)據(jù)產(chǎn)生出煤層的表達(dá)圖形。發(fā)射機(jī)和接收機(jī)都是便攜式的，且設(shè)計(jì)成兩種結(jié)構(gòu)一種是園柱形的，像一根探棒，以便向下插到煤層的鉆孔中，另一種是便攜式的，能攜帶到巷道中，適合于煤層巷道內(nèi)使用。
這里推薦的實(shí)施例利用了連續(xù)波中頻(ME)信號(hào)，以較小的輸出功率，獲得煤層地質(zhì)異常的高分辨圖像。中頻的范圍一般定義為約300KHz至約3MHZ。因?yàn)槊簩由舷露急浑妼?dǎo)率與煤不同的巖石所限，在某些信號(hào)頻率下，電磁能量可以傳播到很遠(yuǎn)的距離。這種傳輸窗口，或叫煤層模式，可以用實(shí)施新型中的調(diào)諧環(huán)形天線來(lái)激勵(lì)，使MF信號(hào)在煤層中傳輸好幾百米。煤層的異常結(jié)構(gòu)，造成了一個(gè)其電參數(shù)與煤不同的區(qū)域。利用煤與異常結(jié)構(gòu)電參數(shù)的不同，就給出這里的成像方法。這種不同改變了電波在該處的傳播常數(shù)，因而分析該處遠(yuǎn)端收到的電波，便可決定發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間的煤層結(jié)構(gòu)。
中頻巷道內(nèi)連續(xù)儀器及層析成像儀器都采用窄帶的調(diào)頻(FM)信號(hào)，接收儀器則用鎖相環(huán)(PLL)技術(shù)來(lái)檢測(cè)和測(cè)量收到的信號(hào)，鎖相環(huán)接收機(jī)的信號(hào)檢測(cè)閾可以低于噪聲，因此能改善作用距離。在煤層和異常結(jié)構(gòu)的電參數(shù)有相當(dāng)差異的地方，可采用連續(xù)成像法。而當(dāng)電參數(shù)的差異較小時(shí)，可用層析成像術(shù)。如果進(jìn)行多方面的空間測(cè)量，則可改善層析成像儀器的分辨率，因此克服了內(nèi)在的雷達(dá)距離的限制。
采用向下鉆孔法時(shí)需要有一個(gè)鉆井計(jì)劃，使中頻信號(hào)能在鉆孔之間的煤層中傳播。在此方法中，煤層兩邊要鉆許多孔。發(fā)射機(jī)探頭和接收機(jī)探頭就分別插在煤層兩側(cè)的鉆孔中，且測(cè)量信號(hào)在煤層中的衰減。在一系列鉆孔中，變換發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的位置，可得出一系列數(shù)據(jù)點(diǎn)。測(cè)出信號(hào)衰減、路徑損失和相移且與計(jì)算值相比較，就能決定煤層中有沒(méi)有異常。此外，利用計(jì)算機(jī)輔助成像技術(shù)能把這些數(shù)據(jù)重構(gòu)成圖，得出煤層的表達(dá)圖形。探測(cè)到異常時(shí)，要在原來(lái)計(jì)劃兩孔的切面上再附加鉆一些孔以取得進(jìn)一步的讀數(shù)來(lái)確定異常的位置。煤層巷內(nèi)成像技術(shù)，除了把發(fā)射機(jī)和接收機(jī)等儀器放在被測(cè)煤層巷道的首巷和尾巷，其它進(jìn)行方式均與地面成像技術(shù)類似。
另外，這種儀器還能用來(lái)探測(cè)煤層火災(zāi)的趨向以提高采礦的安全性。煤層中的火災(zāi)影響了煤層的電導(dǎo)率，因此如同異常一樣能被探測(cè)出來(lái)。用煤層巷內(nèi)探測(cè)方法，知道了什么地方有火災(zāi)，就能控制它的蔓延。在另一種應(yīng)用中，下井的礦工如果裝備有小的接收機(jī)或收發(fā)信機(jī)，那么對(duì)被陷困的礦工就能建立通信。在被陷困礦工的可疑地區(qū)鉆個(gè)孔，插入孔內(nèi)用的儀器就能激勵(lì)煤層，從而和被陷困的礦工通信。
本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是用成像技術(shù)獲得煤層異常的表達(dá)圖像。
本發(fā)明另一優(yōu)點(diǎn)是選擇了適當(dāng)?shù)牟擅悍绞?，可使生產(chǎn)成本降到最低。
本發(fā)明再有一優(yōu)點(diǎn)是祇用最少的設(shè)備和最少的鉆孔數(shù)目，便能得出圖像。
本發(fā)明再有一優(yōu)點(diǎn)是祇用比較低的發(fā)射功率就能成像。
本發(fā)明再有一優(yōu)點(diǎn)是通過(guò)對(duì)工作面地質(zhì)異常的探測(cè)，能夠增加采煤的安全性。
另有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是用本發(fā)明的儀器可以探測(cè)到由河道沙土沖刷引起的部分沖蝕。
還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是用本發(fā)明的儀器可以定出頂/底巖石的情況。
本發(fā)明的另一優(yōu)點(diǎn)是可以用這個(gè)設(shè)備和被陷困的礦工通信，因此，增加了采煤的安全性。
再有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是用本發(fā)明的儀器可以決定煤層火災(zāi)的趨向。
本發(fā)明再有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可以測(cè)定煤層的高度。
本發(fā)明再有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是在長(zhǎng)壁的前面就可得出詳細(xì)的煤層圖像。
本發(fā)明還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是可以予測(cè)頂層的坍落。
本發(fā)明還有一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是能夠驗(yàn)證煤層內(nèi)的異常。
對(duì)于那些在本技術(shù)方面具有一般技能的人來(lái)說(shuō)，讀了用各種附圖詳細(xì)說(shuō)明的實(shí)施例以后，無(wú)疑能對(duì)本發(fā)明的這些和其它的目的和優(yōu)點(diǎn)，會(huì)知道得更加清楚。
附1是用于本發(fā)明中的煤層巷內(nèi)接收機(jī)的斜視圖;
圖2是用于本發(fā)明中的煤層巷內(nèi)發(fā)射機(jī)的斜視圖;
圖3是用于本發(fā)明中鉆孔內(nèi)用的探頭的截面圖;
圖3a是裝有使探頭居中在鉆孔中的居中架的鉆孔內(nèi)用的探頭的斜視圖;
圖4是圖3鉆孔內(nèi)接收機(jī)和發(fā)射機(jī)探頭部件的方框圖;
圖5是理想的煤層截面，表明了采用煤層巷道內(nèi)層析成像時(shí)圖2發(fā)射機(jī)及

圖1接收機(jī)的位置;
圖6是理想的煤層截面，表明了煤層附近的幾個(gè)鉆孔和鉆孔內(nèi)探頭及地面設(shè)施的布置;
圖7是理想的煤層頂視圖，表明了頂層巖石成像方法;
圖8是理想的煤層截面，表明了多個(gè)儀器勘測(cè)方法;
圖9是理想的煤層截面，表明了煤層巷內(nèi)和鉆孔內(nèi)儀器合并使用的勘測(cè)方法，其中有垂直鉆孔和水平鉆孔;
圖10是驗(yàn)證煤層中異常的方法和儀器的理想頂視圖;以及圖11是本發(fā)明另一種鉆孔內(nèi)探頭的實(shí)施例的簡(jiǎn)圖。
圖1表明了一個(gè)煤層巷道內(nèi)層析成像用的可攜帶連續(xù)波中頻(CWMF)接收機(jī)。層析成像正如這里所用的是一通用名詞，用來(lái)表示中頻(MF)信號(hào)對(duì)煤層結(jié)構(gòu)的一種電磁成像方法。成像方法可用也可不用層析成像算法。接收機(jī)以數(shù)目字10表示，它是單次變換超外差型接收機(jī)，頻率范圍為300至800KHZ可調(diào)諧，且以5KHZ為增量。接收機(jī)被設(shè)計(jì)成它能自動(dòng)測(cè)量發(fā)射信號(hào)的場(chǎng)強(qiáng)，并把測(cè)得的場(chǎng)強(qiáng)變換成數(shù)字信號(hào)，以備下一步數(shù)據(jù)處理使用。接收機(jī)10包括調(diào)諧環(huán)形天線11，距離記錄鍵盤12，磁帶記錄器13和場(chǎng)強(qiáng)指示器14。
圖2表示一連續(xù)波中頻發(fā)射機(jī)，它以數(shù)目字20標(biāo)志。發(fā)射機(jī)20是一個(gè)B類發(fā)射機(jī)，頻率范圍300至800KHZ可調(diào)諧，且以5KHZ為增量。發(fā)射機(jī)20的輸出功率為20瓦。這足以在520KHZ下根據(jù)介質(zhì)的不同，提供出作用距離至少1550英尺。發(fā)射機(jī)20也有一調(diào)諧環(huán)形天線21。發(fā)射機(jī)天線21和接收機(jī)天線11，例如可由一定圈數(shù)的導(dǎo)線夾在兩片可彎曲的有彈性的塑料片中組成，塑料片固定在一個(gè)圈上。塑料片可被暫時(shí)彎曲，以便通過(guò)窄小的地方，其材料例如是市售“LEXAN”牌號(hào)的可彎曲塑料。發(fā)射機(jī)20和接收機(jī)10的外形，正如下面所說(shuō)，要適合于巷內(nèi)使用，它們的方框圖如圖4所示。接收機(jī)10和發(fā)射機(jī)20除了有連續(xù)波信號(hào)的能力外，發(fā)射機(jī)20還設(shè)計(jì)得能產(chǎn)生和發(fā)射窄帶調(diào)頻(FM)信號(hào)，而接收機(jī)10設(shè)計(jì)得能接收窄帶FM信號(hào)且能解調(diào)這種信號(hào)。這種功能可用來(lái)測(cè)量相移，以便給出對(duì)地質(zhì)異常探測(cè)和成像的附加有用數(shù)據(jù)。對(duì)于這種測(cè)量，發(fā)射機(jī)20必須對(duì)接收機(jī)10發(fā)射一個(gè)參考信號(hào)。這個(gè)信號(hào)如圖5所示是通過(guò)光導(dǎo)纖維22傳送。光導(dǎo)纖維22通過(guò)插頭24藕合至接收機(jī)10，并通過(guò)插頭26藕合至發(fā)射機(jī)20。
巷道內(nèi)成像需要進(jìn)入到煤層附近。對(duì)于首巷和尾巷尚未挖好的情況，例如在前進(jìn)式長(zhǎng)壁情況，或者對(duì)于煤床相當(dāng)淺而地面鉆探特性相當(dāng)好的情況，可采用鉆孔內(nèi)探頭的地面成像。圖3表示了鉆孔內(nèi)探頭的一般形狀，并用數(shù)目字30標(biāo)出。探頭30是園柱形的，以便插到標(biāo)準(zhǔn)尺寸的鉆孔中。探頭30包括一個(gè)園柱式外殼37，直徑約2英寸。園柱外殼37可用各種材料做成，在本實(shí)施新型中最好選用玻璃鋼之類的透無(wú)線電輻射的材料。園柱外殼37內(nèi)裝有可旋轉(zhuǎn)的支架40。支架40是一實(shí)心園柱，有縱向槽42，兩頭是平面43。每個(gè)平面43上裝有模塊式電路板，包括天線指向控制44、調(diào)制解調(diào)器45以及接收機(jī)46或發(fā)射機(jī)47，這決定于這個(gè)探頭具有接收機(jī)能力還是發(fā)射機(jī)能力。在縱槽42內(nèi)，放有調(diào)諧環(huán)形天線48的導(dǎo)線。由于調(diào)諧環(huán)形天線無(wú)線電傳輸?shù)姆较蛐?，所以?duì)接收機(jī)探頭和發(fā)射機(jī)探頭的天線都必須裝有機(jī)械旋轉(zhuǎn)的裝置，使這兩天線能調(diào)整到同一平面上，這是在園柱外殼37內(nèi)靠馬達(dá)49帶動(dòng)支架40旋轉(zhuǎn)來(lái)完成。馬達(dá)49固定在園柱外殼37的近端處，和支架40有機(jī)械的連接，使支架40在外殼37內(nèi)能作完全的360°旋轉(zhuǎn)。在這個(gè)實(shí)施新型中，驅(qū)動(dòng)馬達(dá)49的功率由6個(gè)鎘電池50供給，鎳鎘電池50固定在支架40的近端，正好在馬達(dá)49的下面。園柱外殼37在遠(yuǎn)端用蓋帽51封住，在近端用蓋帽52封住。蓋帽52上裝有標(biāo)準(zhǔn)的4芯插座，以便插接電纜54。靠電纜54把探頭30與地面設(shè)備聯(lián)接起來(lái)，且通過(guò)它傳送成像用的數(shù)據(jù)。配合鉆孔內(nèi)接收機(jī)30用的地面電子設(shè)備包括信號(hào)強(qiáng)度顯示器/記錄器，調(diào)制解調(diào)器以及當(dāng)探頭工作在FM模式時(shí)在兩探頭之間傳送參考信號(hào)的無(wú)線電發(fā)射機(jī)/接收機(jī)。
為了保證探頭同心地放置在鉆孔中，如圖3a所示，探頭上要裝一居中定位夾子。這個(gè)居中定位夾一頭有個(gè)近端蓋帽55，這個(gè)蓋帽能附在探頭近端蓋帽52上。蓋帽55有一中心孔，電纜54穿過(guò)中心孔引出。套筒56緊套在探頭30外殼37的遠(yuǎn)端。蓋帽55和套筒56裝有3條至4條箍帶57。箍帶57由堅(jiān)韌有彈性的材料做成，例如用不銹鋼薄條做成，箍帶中部彎成向外凸出的弧形，便于與鉆孔內(nèi)壁接觸，箍帶57相當(dāng)柔韌，能使探頭30保持在鉆孔中央，并使探頭很容易在鉆孔內(nèi)滑下。
鉆孔內(nèi)的設(shè)備和地面勘測(cè)方法也可以在開(kāi)采中使用，例如當(dāng)開(kāi)采煤煤層下面發(fā)現(xiàn)有新煤層時(shí)，在這種情況下，從現(xiàn)在的煤層中還可鉆孔到下面煤層，仍采用鉆孔內(nèi)的儀器和方法。
本實(shí)施例對(duì)于鉆孔內(nèi)探頭30和煤層巷內(nèi)儀器10和20都打算采用模塊式的元部件。這樣可降低成本和便于維修。圖4是模塊式部件的一般方框圖。
表1是一份模塊部件的清單，表2是矩陣表示，說(shuō)明每個(gè)鉆孔內(nèi)探頭30和巷道內(nèi)儀器10及20的組成。
表1模塊部件A1接收機(jī)A3發(fā)射機(jī)A10 c3調(diào)制解調(diào)器A13顯示器/記錄器B6Nicd電池調(diào)諧環(huán)形天線附件C1鉆孔式C2便攜式表2組成矩陣儀器A1A3A10A13B6C1C2鉆孔式(30)發(fā)射機(jī)1111接收機(jī)1111地面11巷道內(nèi)(10或20)發(fā)射機(jī)20111接收機(jī)101111設(shè)備技術(shù)指標(biāo)的一些例子都表明在表3至7內(nèi)。表3列出了系統(tǒng)的一般工作參數(shù)。表4和表5列出了發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的技術(shù)指標(biāo)。表6說(shuō)明發(fā)射機(jī)和接收機(jī)天線的特性，表7給出了調(diào)制解調(diào)器的指標(biāo)。
表3系統(tǒng)技術(shù)指標(biāo)信號(hào)發(fā)射形式CW及窄帶FM頻率范圍300至800KHZ調(diào)諧5KHZ增量峰值頻偏100HZ調(diào)制頻率范圍200HZ環(huán)境工作溫度-40℃至80℃探頭500磅/平方英寸表4發(fā)射機(jī)形式互補(bǔ)B類模塊說(shuō)明A3頻率范圍300至800KHZ調(diào)諧5KHZ增量輸出功率20瓦平坦性±1/2DB射頻負(fù)載阻抗50歐及200歐電壓駐波比VSWR最大3∶1混頻振蕩器10.7MHZ信號(hào)振蕩器100HZ電源工作電壓9至15伏直流所需電流3.5安插頭型式MOLEX輸出功率2VCC1地線1光纖電纜(參考)11
表5接收機(jī)形式單變換超外差式模塊說(shuō)明A1頻率范圍300至800KHZ調(diào)諧5KHZ增量IF頻率10.7MHZ電源阻抗50歐靈敏度0.1微伏(對(duì)于12DB信噪比)選擇性3DB帶寬200HZ(最小)70DB帶寬1KHZ音頻嘯聲抑制50DB(最小)無(wú)嘯聲抑制30DB(100UV)負(fù)載8歐頻率響應(yīng)3DB10、70、100HZ電壓表型式與發(fā)射機(jī)本地振蕩器同步量程0至360°
表6天線形式調(diào)諧環(huán)形天線頻率范圍300至800KHZ圈數(shù)11磁矩鉆孔式 8ATM2@20瓦可攜式 8ATM2@20瓦指向形式磁通門羅盤(鉆孔式)表7C3調(diào)制解調(diào)器形式MANCHESTER碼格式16位碼功能電源開(kāi)/關(guān)天線位置±30個(gè)指令在不能直接靠近煤層的場(chǎng)合，可以把鉆孔內(nèi)探頭30插到煤層周邊的一系列鉆孔中進(jìn)行地面成像，這種方法如圖6所示。
煤層成像是基于煤和異常結(jié)構(gòu)的不同電導(dǎo)率。巖石的電導(dǎo)率比煤的電導(dǎo)率要大幾個(gè)數(shù)量級(jí)。調(diào)諧環(huán)形發(fā)射天線的垂直轉(zhuǎn)向，產(chǎn)生出水平磁場(chǎng)Hφ及垂直電場(chǎng)Ez。在煤層高度上，這兩個(gè)場(chǎng)強(qiáng)差不多是常數(shù)。在遠(yuǎn)離天線徑向距離上，這兩場(chǎng)強(qiáng)依指數(shù)式衰減，衰減率由有效衰減常數(shù)(α)決定，這個(gè)常數(shù)由煤和巖石中的損耗以及煤的介電常數(shù)所決定。煤層厚度減小、煤層電導(dǎo)率增加以及相對(duì)介電常數(shù)增加時(shí)，這個(gè)衰減率估計(jì)會(huì)增加。當(dāng)巖石電導(dǎo)率增加時(shí)，這衰減率要減小。衰減率還依賴于發(fā)射信號(hào)的頻率以及煤層的含水量。EMSLIE和LAGACE兩人的測(cè)量結(jié)果表明，煤的衰減率約為4DB/100英尺。這些事實(shí)構(gòu)成了煤層連續(xù)成像法的基礎(chǔ)。
調(diào)諧環(huán)形天線依照下列方程(1)激勵(lì)出低損耗煤層自然模式的信號(hào)(1)Hφ＝
f(rαhεcεrбcбr)其中M是發(fā)射天線的磁矩，r是發(fā)射天線至接收天線的距離，α是衰減常數(shù)，h為煤層高度，εc及εr各為煤層及巖石的電容率，бc及бr各為煤層及巖石的電導(dǎo)率。磁矩M本身依賴于發(fā)射功率P0以及帶寬Bw，它可表示成方程(2)(2)M＝CPoBw]]>以上兩個(gè)方程一起表明調(diào)諧環(huán)形天線將激勵(lì)出煤層自然模式的磁矩，而若能提供最大的磁矩，就能達(dá)到最遠(yuǎn)的距離。窄的帶寬也能改善接收機(jī)的靈敏度和作用距離。接收機(jī)中頻(IF)信噪比為10dB時(shí)的接收機(jī)靈敏度S10dB由(3)式給出(3)S10dB＝-164+10log10BWIF+10log10NF其中BWIF是信號(hào)的中頻帶寬，NF是接收機(jī)的噪聲系數(shù)。
(3)式表明帶寬減小時(shí)靈敏度將增加。(1)、(2)及(3)式的結(jié)果表明對(duì)于地質(zhì)勘測(cè)儀器來(lái)說(shuō)，連續(xù)波中頻(MF)信號(hào)是最佳的。這是因?yàn)檎l帶信號(hào)將在煤層中以最低的衰減率(方程3)以及最高的磁矩(方程1及2)傳播。結(jié)果在一定的輸出功率下能使儀器的作用距離為最大。
成像方法依賴于算出的信號(hào)強(qiáng)度與由CW、MF儀器測(cè)出的信號(hào)強(qiáng)度的比較。而以上分析算出的信號(hào)強(qiáng)度將有助于對(duì)本方法的理解。為了對(duì)成像法提供一個(gè)基準(zhǔn)讀數(shù)，可用上述的(1)式算出特定煤層中希望獲得的信號(hào)強(qiáng)度。為了做到這一點(diǎn)，可對(duì)待定的煤層測(cè)出各個(gè)參數(shù)，然后將測(cè)出的結(jié)果代入(1)式。
傳播的信號(hào)是在遠(yuǎn)端接收機(jī)處接收。由于煤層“有效”電導(dǎo)率的增加或者煤層高度的減少，沿著有異常煤層的途徑，電磁波的傳播會(huì)受到較大衰減率的作用。因此，比較了許多接收信號(hào)的電平，可檢測(cè)出途徑上的異常。此外，中頻無(wú)線電信號(hào)的折射率在純煤中變化緩慢，因此信號(hào)基本上沿直線傳播。煤層中的傳播基本是平行平面橫向電磁波(TEM)傳輸線模式，在以電導(dǎo)率高的上下巖石為邊界的平面煤層中，電場(chǎng)是垂直的，磁場(chǎng)是水平的。像巖石這種煤層內(nèi)的異常，其折射率不同于煤的折射率，因此，信號(hào)途徑會(huì)偏出一個(gè)較大的度數(shù)。窄帶調(diào)頻(FM)信號(hào)可以測(cè)出這種途徑損耗，從而提供出探測(cè)異常的第二種方法。最后，F(xiàn)M信號(hào)沿傳播途徑的相移也能指出煤層中異常的存在。
當(dāng)需要有高分辨率時(shí)，層析成像比連續(xù)成像更受歡迎。層析成像采用了衰減率最低的頻率以及多方面的空間測(cè)量，結(jié)果提高了分辨率。在發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的各個(gè)方向上測(cè)出衰減率，再用計(jì)算機(jī)輔助成像方法去分析所得的數(shù)據(jù)點(diǎn)，就能得出異常的一個(gè)表達(dá)圖形。
為了得到好的分辨率，發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間的距離應(yīng)大于λc/2，其中λc是煤層中信號(hào)的波長(zhǎng)。對(duì)于本實(shí)施例的520KHZ發(fā)射頻率來(lái)說(shuō)，煤層中的信號(hào)波長(zhǎng)是97.7米。這使最小的分開(kāi)距離為15.56米。
圖5表明了煤層巷道內(nèi)層析成像方法，因而要采用能在巷道內(nèi)攜帶的接收機(jī)10及發(fā)射機(jī)20，且依據(jù)使分辨率成為最大的方式進(jìn)行。發(fā)射機(jī)20的調(diào)諧環(huán)形天線21在300至800KHZ內(nèi)事先選定的一個(gè)頻率上激勵(lì)出煤層自然模式的水平磁場(chǎng)分量(Hφ)，使在給定的功率輸出下提供出最大的場(chǎng)強(qiáng)。接收機(jī)調(diào)諧環(huán)形天線11調(diào)整到與發(fā)射機(jī)天線21在同一平面，使接收到的場(chǎng)強(qiáng)成為最大。為了得到最大的分辨率，這兩儀器的分開(kāi)距離要大于15.56米。在本實(shí)施例中，煤層是600英尺(200米)寬，因此有足夠的分開(kāi)距離。從圖5中看出，煤層70中若有巖石/沙土障礙74，這塊巖石/沙土障礙74將作為一塊對(duì)無(wú)線電波傳播有影響的質(zhì)量而引起傳輸信號(hào)的衰減。又因?yàn)閷游龀上穹椒ú捎昧俗畹退p率的信號(hào)頻率以降低發(fā)射機(jī)的輸出功率，所以在首巷道和尾巷道處不希望有連續(xù)的電導(dǎo)體存在。這種電導(dǎo)體能產(chǎn)生二次磁場(chǎng)，從而干擾了接收信號(hào)電平的測(cè)量。為了在巷內(nèi)層析成像勘測(cè)中得出足夠的分辨率，應(yīng)該在不同位置進(jìn)行測(cè)量和收集數(shù)據(jù)。這個(gè)步驟可以這樣來(lái)完成，即對(duì)首巷道78中每個(gè)發(fā)射機(jī)位置，在尾巷道76的各個(gè)特定位置上(指定為X0、X1、……Xn)進(jìn)行一系列接收信號(hào)強(qiáng)度的測(cè)量。同樣，在首巷道78內(nèi)，把發(fā)射機(jī)20放在一系列特定的位置(指定為Y0、Y1、……Yn)而接收機(jī)10放在尾巷道76的相應(yīng)位置上。在巷道內(nèi)每個(gè)接收機(jī)位置上，都要用記錄鍵盤12來(lái)記錄接收機(jī)相對(duì)于發(fā)射機(jī)的坐標(biāo)位置。這些坐標(biāo)都轉(zhuǎn)成數(shù)字信號(hào)并且和測(cè)得的接收信號(hào)值一起存到磁帶記錄器內(nèi)。因此在重構(gòu)這些數(shù)據(jù)時(shí)，測(cè)得的信號(hào)可以根據(jù)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)相對(duì)位置的改變而進(jìn)行校正。發(fā)射機(jī)和接收機(jī)位置的縱向間隔決定于所需圖象的分辨率。結(jié)果收到的信號(hào)數(shù)據(jù)都變換成數(shù)字形式后存入到接收機(jī)10的盒式磁帶13內(nèi)，并能用計(jì)算機(jī)層析成像算法進(jìn)行分析。這種計(jì)算機(jī)輔助成像算法將提供出煤層結(jié)構(gòu)的詳細(xì)圖象。計(jì)算機(jī)產(chǎn)生的數(shù)據(jù)也可包括把煤層參數(shù)(電異率、煤灰成分等)打印出來(lái)的打印和用于采煤計(jì)算機(jī)的圖象終端的數(shù)字磁帶。
圖6表示的是基于煤層地面成像的地面設(shè)備。被成像的煤層用數(shù)目字80代表，可以看到在煤層中有一斷層82存在。根據(jù)邊界勘探方案而采用地面成像法時(shí)，要沿著長(zhǎng)壁采區(qū)的邊界鉆許多孔84。在本實(shí)施例中，1200英尺總寬及6000英尺長(zhǎng)的兩塊相鄰長(zhǎng)壁采區(qū)可以用10個(gè)鉆孔的鉆探計(jì)劃來(lái)成像。這個(gè)鉆探計(jì)劃將能探測(cè)到采區(qū)中的煤層異常。如果在一個(gè)采區(qū)中發(fā)現(xiàn)了一種斷層，就需制定一個(gè)收斂的搜索方案去決定它的走向。這種搜索方案就是在確定斷層的邊界內(nèi)再鉆一些平分的鉆孔以確定斷層的位。置煤層地面成像所進(jìn)行的方式與煤層巷道內(nèi)成像方法是類似的。在長(zhǎng)壁采區(qū)的邊界周圍鉆一系列孔后，便把探頭30插入鉆孔84中直到煤層的深度，這個(gè)深度在巖心取樣時(shí)已經(jīng)知道。圖6表明了一種垂直位移的斷層，結(jié)果是煤層一端比另一端深。因?yàn)樾盘?hào)是經(jīng)過(guò)煤傳送的，所以放到煤層深度的接收機(jī)探頭30不一定和發(fā)射機(jī)探頭30具有同樣的深度。鉆孔內(nèi)的探頭30，包括接收機(jī)探頭和發(fā)射機(jī)探頭，插在相對(duì)的兩個(gè)鉆孔84中。利用鉆孔內(nèi)探頭30近端處的馬達(dá)49，可把接收機(jī)和發(fā)射機(jī)天線段48調(diào)整到同一平面。天線的指向是通過(guò)地面控制單元85來(lái)決定和控制的，控制單元85則包括遙測(cè)和控制設(shè)備以及一個(gè)調(diào)制解調(diào)器。這些單元和探頭控制設(shè)備以及電纜等都裝在拖車86內(nèi)。連續(xù)波FM中頻(CWMF)的傳輸是按煤層巷道內(nèi)成像方法同樣的方式進(jìn)行，并且測(cè)出衰減率和/或相移。在每個(gè)鉆孔84中，要用接收機(jī)探頭30以及發(fā)射機(jī)探頭30重復(fù)進(jìn)行這個(gè)過(guò)程。
這種地面測(cè)量的方法也可帶到地下表面去做。當(dāng)要勘測(cè)已經(jīng)開(kāi)采層下面的煤層時(shí)就出現(xiàn)這種情況。于是現(xiàn)有煤層的底就變成地面，并且在其上可以鉆孔來(lái)探測(cè)下面的煤層。鉆孔內(nèi)的探頭30仍插入所鉆的孔中，而測(cè)量則依正常的地面探測(cè)方式讀取。
然后分析所得的連續(xù)數(shù)據(jù)，看有沒(méi)有出現(xiàn)衰減增加的地方。這些地方就是斷裂區(qū)或其它地質(zhì)異常區(qū)域。如果所鉆的洞孔足夠多，那么就可以用計(jì)算機(jī)輔助層析成像技術(shù)來(lái)分析這些數(shù)據(jù)，并和煤層巷內(nèi)方法一樣可得出圖像的結(jié)果。
此外，利用連續(xù)波中波頻率的連續(xù)測(cè)量可以決定底或頂?shù)奶匦?。這個(gè)方法和向下鉆孔的連續(xù)測(cè)量相類似，但測(cè)頂層情況時(shí)要把接收機(jī)和發(fā)射機(jī)探頭30放在煤層頂部，測(cè)底層情況時(shí)把它們放在底部。于是信號(hào)在附近的巖石中傳播，信號(hào)衰減即被測(cè)出。這樣可以定出巖石的類別和頂部或底部的情況。頂部巖石特性也可以用下面的方法來(lái)決定;即把巷道內(nèi)接收機(jī)10發(fā)射機(jī)20放在尾巷道和首巷道76及78非常接近的地方，例如間隔約在25英尺，并用背面以及或者重構(gòu)算法來(lái)得出一幅常數(shù)衰減率的等厚圖。圖7說(shuō)明了正在開(kāi)采的巷道100內(nèi)獲得頂部巖石情況圖像的一種方法，這條巷道是處在已有巷道76及78之間。接收機(jī)10放在巷道76內(nèi)一系列點(diǎn)處(X0、X1、……Xn)，發(fā)射機(jī)20則放在巷道78內(nèi)一系列點(diǎn)處(Y0、Y1、……Yn)，而巷道100則在巷道76及78之間。從發(fā)射機(jī)20發(fā)送一中頻信號(hào)至接收機(jī)10，就可測(cè)出衰減率，并可用背面及或重構(gòu)算法分析結(jié)果的數(shù)據(jù)。為了改進(jìn)所得的圖像，儀器位置之間的距離可以縮短，例如25英尺或更短些。須注意，這個(gè)方法可用來(lái)在已有巷道76及78之間對(duì)單一巷道100成像，也可對(duì)多個(gè)巷道100成像。
圖8說(shuō)明了在煤層70內(nèi)采用單一發(fā)射機(jī)20及多臺(tái)接收機(jī)10的探測(cè)方法。這個(gè)方法加速了所需數(shù)據(jù)的獲得，同樣可以用單一接收機(jī)10及多臺(tái)發(fā)射機(jī)20或多臺(tái)接收機(jī)10及多臺(tái)發(fā)射機(jī)20。
對(duì)于某些特定的目的，還可利用煤層巷內(nèi)及向下鉆孔探測(cè)技術(shù)的許多變更方法。如圖9所示，在交叉鉆孔探測(cè)方法中鉆孔內(nèi)探頭30可以和巷道內(nèi)接收機(jī)10及或發(fā)射機(jī)20一起使用，這樣可以對(duì)正在開(kāi)采的巷道旁一個(gè)未開(kāi)采煤層102中存在的異常獲得高分辨的圖像。結(jié)果的數(shù)據(jù)也可用背面重構(gòu)算法及或?qū)游鏊惴▉?lái)分析。
圖9也說(shuō)明沿著水平巷道內(nèi)鉆孔104方向測(cè)定煤層高度的一種方法。這個(gè)方法仍采用交叉鉆孔法，用一個(gè)巷道內(nèi)發(fā)射機(jī)20以及插在水平鉆孔104內(nèi)的鉆孔型的探頭30，鉆孔104垂直于發(fā)射機(jī)勘測(cè)線A。接收機(jī)探頭30在鉆孔104內(nèi)橫向移動(dòng)，對(duì)于發(fā)射機(jī)位置Y0、Y1……Yn中的每一位置，探頭30在不同位置讀取信號(hào)衰減。分析了衰減率對(duì)水平鉆孔104中儀器位移的一個(gè)圖形后，便可定出沿鉆孔104的煤層高度。然而這個(gè)方法打算用于煤層70，這個(gè)煤層已經(jīng)有預(yù)先存在的巷道76及78或巷道100可以放置巷內(nèi)儀器10或20，采用這個(gè)方法時(shí)，還可以把探頭10插到一系列鉆孔108中，這些鉆孔位在垂直于鉆孔104的一條線上。圖9還說(shuō)明一種巷內(nèi)平行鉆探法，它可以對(duì)兩個(gè)水平縱向鉆孔110之間的煤層70成像。鉆孔式探頭30插入到鉆孔110中，和所有其它勘測(cè)方法一樣，要在發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的各個(gè)位置上得出一系列讀數(shù)。這種方法的一種變形是鉆出縱向的水平孔110和橫向的水平孔104，無(wú)線電波便在鉆孔104及110的對(duì)角線上傳輸。象所有的方法一樣，也可把垂直的鉆孔內(nèi)儀器和水平移動(dòng)的儀器之一或兩者一起使用。在這里可以注意一下，利用現(xiàn)代的定向鉆探技術(shù)，可以用地面鉆機(jī)鉆出水平的巷內(nèi)洞孔，因此進(jìn)一步擴(kuò)展了鉆孔勘探方法的范圍。鉆孔110以及或104可在煤層70內(nèi)，在幾個(gè)不同的高度上開(kāi)鉆。上述任一種煤層巷內(nèi)勘測(cè)方法都可在坍陷法開(kāi)采中用來(lái)對(duì)坍陷的成像。
用以上任一種勘測(cè)方法測(cè)出的異常，可以把直接信號(hào)和反射信號(hào)比較一下得以證實(shí)。如圖10所示，煤層70中放一臺(tái)發(fā)射機(jī)，它可以是巷內(nèi)儀器20或鉆孔內(nèi)儀器30，它向異常74發(fā)射連續(xù)波MF信號(hào)。再把一臺(tái)接收機(jī)放在發(fā)射機(jī)旁邊，它可以是巷內(nèi)儀器10或鉆孔內(nèi)探頭30，用來(lái)接收從異常74反射回來(lái)的信號(hào)。從發(fā)射機(jī)或者接收機(jī)來(lái)的信號(hào)經(jīng)過(guò)方向耦合器112的第一接口由環(huán)形天線111發(fā)射，然后遇到異常74，把一部分信號(hào)反射回來(lái)。反射回來(lái)的信號(hào)通過(guò)天線111進(jìn)入方向耦合器112的第二接口，并在耦合器112內(nèi)比較了發(fā)出信號(hào)的功率和反射回來(lái)的信號(hào)的功率。異常74的存在將在煤層70反射回來(lái)的功率上增加反射功率。
在采煤區(qū)70中，一旦找到了異常，對(duì)長(zhǎng)壁開(kāi)采的影響可以這樣來(lái)改善，就是把長(zhǎng)壁分成幾段。比如第一段避開(kāi)這種異常，第二段向異常掘進(jìn)，在異常的任一側(cè)垂直于長(zhǎng)壁的前進(jìn)方向，利用連續(xù)開(kāi)采技術(shù)開(kāi)采出采下房區(qū)和準(zhǔn)備房區(qū)。整個(gè)長(zhǎng)壁繼續(xù)掘進(jìn)直到第二部分進(jìn)入采下房區(qū)，到達(dá)這點(diǎn)時(shí)，這部分就采下了并且準(zhǔn)備開(kāi)采準(zhǔn)備房區(qū)。同時(shí)，長(zhǎng)壁的第一部分繼續(xù)掘進(jìn)，并和異常區(qū)遠(yuǎn)端的第二部分重新聯(lián)在一起。另一種不中斷長(zhǎng)壁開(kāi)采的方法是用已知的手段來(lái)使異常破裂。比如，用高壓的泥漿或高膨脹性的松脂沖刷，或者用通常的爆破手段等。
對(duì)深于1700英尺的鉆孔，鉆孔時(shí)很費(fèi)時(shí)費(fèi)錢，并且加護(hù)套所化的代價(jià)也高。如果不加護(hù)套的話，鉆桿取出后鉆孔則會(huì)被堵住。對(duì)于這種鉆孔，可以采用探頭30的另一種實(shí)施的新的類型(如圖11所示)。這類探頭120主要包括環(huán)形天線42′，馬達(dá)49′與天線42′在機(jī)械上聯(lián)在一起，并能使天線42′繞垂直軸旋轉(zhuǎn)。電壓電平標(biāo)定電路121以及與電源及控制裝置123相聯(lián)的電纜122。地面的電源及控制單元123包括發(fā)射機(jī)以及/或接收機(jī)電路，用來(lái)發(fā)射信號(hào)至環(huán)形天線48′或自環(huán)形天線48′接收信號(hào)。電源和信息信號(hào)都從單元123供至探頭120，接收回來(lái)的信息信號(hào)通過(guò)電纜122仍送回單元123。電壓電平標(biāo)定電路121產(chǎn)生一精確的信號(hào)電平，用來(lái)標(biāo)定從天線至控制裝置123整個(gè)信號(hào)途徑。當(dāng)鉆探方案完成后，探頭120可以留在鉆孔中很長(zhǎng)一段時(shí)間，需要時(shí)即可用它。探頭120也可包括密碼封鎖電路124，這樣可以防止非有關(guān)單位去使用這個(gè)探頭120，典型情況是，探頭通過(guò)塑料管插到鉆孔內(nèi)。或者經(jīng)過(guò)鉆桿直接插入。塑料管或鉆桿取走后探頭120便留在鉆孔中。
雖然這項(xiàng)發(fā)明已經(jīng)用這里所推薦的實(shí)施例來(lái)說(shuō)明，但應(yīng)認(rèn)識(shí)到不能把這種透露解釋成一種限制。對(duì)于那些熟悉這門技術(shù)的人來(lái)說(shuō)，讀了本透露的內(nèi)容以后，無(wú)疑能夠作出許多變化和修改。因此，這里打算把所附的權(quán)利要求解釋成包括落入本發(fā)明真正精神和范圍內(nèi)的所有的變化和修改。
權(quán)利要求
1.探測(cè)和分析地質(zhì)異常的儀器，其特征在于，它包括一套鉆孔發(fā)射機(jī)，它有一調(diào)諧環(huán)形天線，用以在礦層中垂直定向，這個(gè)天線和發(fā)射機(jī)電氣地耦合在一起，并機(jī)械地與一驅(qū)動(dòng)裝置耦合，從而使天線能繞一垂直軸旋轉(zhuǎn)，所說(shuō)發(fā)射機(jī)在300KHz至800KHz的中頻頻帶上發(fā)射連續(xù)波窄帶FM信號(hào)，一個(gè)與所說(shuō)發(fā)射機(jī)及電纜裝置耦合的調(diào)制解調(diào)器以便將所說(shuō)發(fā)射機(jī)與地面的控制裝置相連接，所說(shuō)地面控制裝置包括控制天線方向的裝置，發(fā)射機(jī)還包括一細(xì)長(zhǎng)的探頭及一封閉裝置，以將所說(shuō)發(fā)射機(jī)、天線、驅(qū)動(dòng)裝置及調(diào)制解調(diào)器封裝起來(lái)，一套鉆孔接收機(jī)，它有一調(diào)諧環(huán)形天線，用以在所說(shuō)礦層中垂直定向，這個(gè)天線和連續(xù)波中頻接收機(jī)電氣地耦合在一起，該接收機(jī)可以接收由發(fā)射機(jī)發(fā)射的信號(hào)，該天線并與一驅(qū)動(dòng)裝置機(jī)械地耦合，從而使天線能繞一垂直軸旋轉(zhuǎn)，所說(shuō)接收機(jī)包括測(cè)量和記錄裝置，用以測(cè)量及記錄多數(shù)的數(shù)據(jù)，包括所接收信號(hào)的特征，一個(gè)與所說(shuō)接收機(jī)和一電纜裝置耦合的調(diào)制解調(diào)器以便將該接收機(jī)和地面分析及控制裝置相連接，所說(shuō)地面分析及控制裝置包括控制天線方向的裝置，所說(shuō)接收機(jī)還包括一細(xì)長(zhǎng)的探頭及一封閉裝置，以將所說(shuō)接收機(jī)、天線、驅(qū)動(dòng)裝置、及調(diào)制解調(diào)器封裝起來(lái)，一個(gè)計(jì)算機(jī)輔助處理裝置，以接收、處理和解釋所說(shuō)記錄數(shù)據(jù)，所說(shuō)記錄數(shù)據(jù)由所說(shuō)地面分析及控制裝置存儲(chǔ)于一磁性存儲(chǔ)介質(zhì)上，以便稍后由該計(jì)算機(jī)輔助處理裝置進(jìn)行分析。
2.權(quán)利要求1所述的儀器，其特征是，所說(shuō)地面控制裝置包括一個(gè)調(diào)制解調(diào)器，一功率輸出控制裝置和一個(gè)天線方向控制裝置，而所說(shuō)地面分析及控制裝置包括一個(gè)調(diào)制解調(diào)器和一個(gè)天線方向控制裝置。
3.權(quán)利要求1所述的儀器，其特征是，所說(shuō)的中頻頻率范圍為400至600KHz。
4.權(quán)利要求1所述的儀器，其特征在于還包括一個(gè)耦合到所說(shuō)發(fā)射機(jī)的參考信號(hào)輸出連接器，以便由此直接發(fā)射FM參考信號(hào)，一個(gè)耦合到所說(shuō)接收機(jī)的輸入連接器，以便直接接收所說(shuō)FM參考信號(hào)，和一個(gè)參考信號(hào)傳輸裝置，以便將所說(shuō)參考信號(hào)輸出連接器與所說(shuō)參考信號(hào)輸入連接器相耦合，從而使一個(gè)參考信號(hào)可在它們之間被傳輸。
5.權(quán)利要求4所述的儀器，其特征是，所說(shuō)參考信號(hào)傳輸裝置包括一地面定向天線，該天線與所說(shuō)參考信號(hào)輸出連接器相耦合，并適宜于傳輸所說(shuō)FM參考信號(hào)，和一地面天線、該天線與所說(shuō)參考信號(hào)輸入連接器和所說(shuō)地面分析裝置相耦合，并適宜于接收所說(shuō)FM參考信號(hào)。
6.權(quán)利要求4所述的儀器，其特征是，所說(shuō)參考信號(hào)傳輸裝置包括一電纜。
7.權(quán)利要求1所述的儀器，其特征是，所說(shuō)發(fā)射機(jī)天線和接收機(jī)天線安裝在遠(yuǎn)隔發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的地方。
8.權(quán)利要求1所述的儀器，其特征是，所說(shuō)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)調(diào)諧環(huán)形天線分別包括互相扣緊的第一和第二可變形的塑料帶，并在一環(huán)形中，以導(dǎo)線多圈纏線，從而被夾緊于其間。
9.權(quán)利要求1所述的儀器，其特征在于進(jìn)一步包括一個(gè)參考信號(hào)輸出插頭，它與發(fā)射機(jī)耦合，經(jīng)過(guò)它直接傳送FM參考信，一個(gè)參考信號(hào)輸入插頭，它與接收機(jī)耦合，用來(lái)直接接收所說(shuō)FM參考信號(hào)，以及一個(gè)參考信號(hào)傳輸裝置，它使所說(shuō)參考信號(hào)輸出插頭與所說(shuō)參考信號(hào)輸入插頭耦合，從而靠它在其間傳送參考信號(hào)。
10.權(quán)利要求9所述的儀器，其特征是所說(shuō)參考信號(hào)傳輸裝置包括一根電纜。
11.一種探測(cè)和分析地質(zhì)異常的儀器，其特征在于，它包括含有一發(fā)射機(jī)和第一控制裝置的第一地面控制單元，所說(shuō)發(fā)射機(jī)適宜于發(fā)射頻率范圍在300HKz至800KHz之間的連續(xù)波窄帶FM信號(hào)，所說(shuō)第一地面控制裝置適宜于向一發(fā)射機(jī)提供電功率和信息信號(hào)和接收來(lái)自一發(fā)射機(jī)的電功率及信息信號(hào)，一個(gè)含有第一可插入的調(diào)諧環(huán)形天線，以便把它插入鉆孔內(nèi)，所說(shuō)第一可插入天線包括一支撐裝置及與之相耦合的第一驅(qū)動(dòng)裝置，以便驅(qū)動(dòng)所說(shuō)第一可插入天線繞一垂直軸旋轉(zhuǎn)，一個(gè)與所說(shuō)第一可插入天線電氣地耦合的第一電壓電平校正器電路，以便供應(yīng)一準(zhǔn)確信號(hào)電平來(lái)校正從所說(shuō)第一可插入天線至所說(shuō)第一控制裝置的信號(hào)路徑，第一電纜裝置，以便將所說(shuō)第一可插入天線與第一地面控制單元電氣地耦合，第二地面控制單元，該單元包括一適宜于接收來(lái)自所說(shuō)發(fā)射機(jī)的所說(shuō)連續(xù)波窄帶FM信號(hào)的接收機(jī)以及第二控制裝置，所說(shuō)接收機(jī)還包括一測(cè)量及記錄裝置以測(cè)量并記錄所接收到的信號(hào)包括信號(hào)特性的多數(shù)數(shù)據(jù)，所說(shuō)第二控制裝置適宜于對(duì)一接收機(jī)提供電功率及信息信號(hào)及接收來(lái)自一接收機(jī)的電功率及信息信號(hào)，一個(gè)包括第二可插入調(diào)諧環(huán)形天線以便插入于鉆孔的接收機(jī)，所說(shuō)第二可插入天線包括一支撐裝置及與之相耦合的第二驅(qū)動(dòng)裝置，以便將所說(shuō)第二可插入天線驅(qū)動(dòng)并繞一垂直軸旋轉(zhuǎn)，一個(gè)與所說(shuō)第二可插入天線電氣地耦合的第二電壓電平校正器電路，以便向該天線供應(yīng)一準(zhǔn)確信號(hào)電平以校正從所說(shuō)第二可插入天線至所說(shuō)第二控制裝置的信號(hào)路徑，和第二電纜裝置，以便將所說(shuō)第二可插入天線與第二地面控制單元相耦合。
12.權(quán)利要求11所述的儀器，其特征是進(jìn)一步包括一個(gè)第一編碼封鎖電路，它與所說(shuō)馬達(dá)、第一驅(qū)動(dòng)裝置、所說(shuō)第一校正器電路以及所說(shuō)發(fā)射機(jī)和控制裝置相耦合，一個(gè)第二編碼封鎖電路，它與所說(shuō)第二驅(qū)動(dòng)裝置、所說(shuō)第二校正器電路以及所說(shuō)接收機(jī)和控制裝置相耦合。
全文摘要
一種用于對(duì)地質(zhì)巖層的異常進(jìn)行檢測(cè)和分析的裝置，該裝置包括一與調(diào)諧回路天線相連的發(fā)射機(jī)，天線在地質(zhì)巖層中垂直地面對(duì)一定方向。發(fā)射機(jī)在約300～800KHz的中頻頻帶上發(fā)射連續(xù)的波窄帶FM信號(hào)。一連續(xù)波中頻接收機(jī)能接收到發(fā)射機(jī)的信號(hào)，并且與一在地質(zhì)巖層中垂直地面對(duì)一定方向的調(diào)諧回路天線相連。該接收機(jī)包括用來(lái)測(cè)量和記錄所接收到信號(hào)的場(chǎng)強(qiáng)的裝置，以及一計(jì)算機(jī)輔助處理裝置，用來(lái)解釋結(jié)果記錄數(shù)據(jù)。
文檔編號(hào)G01V3/38GK1040439SQ8910767
公開(kāi)日1990年3月14日 申請(qǐng)日期1985年6月19日 優(yōu)先權(quán)日1983年4月8日
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