综合探测（精选十篇）
综合探测 篇1
关键词：综合探测技术,寺河煤矿,应用
0 引言
W2302 (东段) 工作面地表位于秦庄村以南, 山水沟以东, 寺河矿工业场地以西北。井下南为W2301工作面, 东为西总回风巷, 西为W2302工作面西段 (正掘) , 北为矿界, 平均走向长度约为693.7 m, 平均倾向宽度约为296.3 m。
工作面所采3#煤层为黑色, 均一结构, 似金属光泽, 煤质较硬。厚度平均为6.2 m, 煤层结构由下向上为4.5 m、0.1 m、1.6 m, 工作面顺槽沿煤层底板掘进, 采用锚网支护, 回采工艺为一次大采高综采。
在W2302切眼2#横川处西帮往工作面施工的普通钻孔有异常见矸情况, 综合分析钻探资料, 判断W2302东段切眼2#钻场西北方向存在一逆断层。为进一步查清工作面的构造等其它情况, 采用WKT—E型坑透仪对该工作面进行了无线电波坑道透视。坑透异常区为逆断层FW2302-2影响区域, 逆断层FW2302-2, 倾向约为300°, 倾角为20°~50°, 落差为0 m~2 m[1]。
通过对寺河煤矿W2302 (东段) 工作面采取钻探、物探手段, 查明了工作面构造情况, 综合提交了回采地质说明书, 为工作面安全回采提供了详实的地质资料, 并对生产提供了建议, 综合保障了该工作面的安全生产[2]。
1 钻探
钻探参数及钻探成果见表1, 平面图见图1。
钻孔分析结果及建议:
a) 分析此处施工的普通钻孔情况, W2302东段切眼2#钻场西北方向存在一逆断层, 该断层编号FW2302-2, 倾向300°, 倾角20°~50°, 落差0 m~2 m;该断层距W23023巷南帮100 m~220 m范围内, 距切眼10 m~150 m范围内;
b) 此区域受FW2302-2断层影响, 煤层厚度发生变化、煤体破碎、夹矸发育、瓦斯赋存大。综采队在回采过程中可能出现割底矸、留底煤、片帮、冒顶及瓦斯涌出异常等现象, 队组要加强顶帮和瓦斯管理。
2 物探
为进一步查清工作面的构造等其它情况, 在工作面形成后采用WKT—E型坑透仪对该工作面进行了无线电波坑道透视。
采用定点法, 分别在两侧顺槽W23021巷 (原W23014巷) 和W23023巷布置测点, 每10 m布置1个测点, 布置测点时两侧顺槽均以W2302切眼西帮处为起点, 其中W23021巷 (原W23014巷) 起始点号为“500”, W23023巷起始点号为“0”。发射点距为50 m, 接收点距为10 m。每次发射、接收时间为3 min。探测频率为0.3 MHz。
利用重庆煤科分院坑透CT、CAD分析处理系统对探测数据进行了处理, 结合坑透图、W2302 (东段) 工作面两侧顺槽、东段主撤及切眼施工的普通钻孔及此区域的千米钻孔进行了综合分析, 存在1处坑透异常区。具体描述如下:
坑透异常区:坑透显示场强衰减值为-10 db~-20db;现场在W2302切眼2#横川处西帮往工作面施工的普通钻孔有异常见矸情况, 综合此区域的千米钻孔综合分析, 该坑透异常区为逆断层FW2302-2影响区域;逆断层FW2302-2, 倾向约为300°, 倾角为20°~50°, 落差为0 m~2 m;受逆断层FW2302-2的影响, 该区域内的煤体及顶板较破碎, 且瓦斯赋存异常, 回采时将出现片帮、冒顶及瓦斯涌出异常等现象, 现场要加强顶帮及瓦斯管理, 影响推进度范围为0 m~150 m。
坑透过程中, 由于W23023巷7#横川处有正在运行的千米钻机1台及正在运行的排水电泵 (22 k W) 1台, 对本次坑透有一定的影响。
3 结语
通过对寺河煤矿W2302 (东段) 工作面采取钻探、物探等手段, 查明了工作面构造情况及其它异常情况, 为保障了该工作面的安全生产, 生产建议如下:
a) 该面处于霍家山向斜的东翼, 总体东高西低, 煤层整体上倾向西方向, 倾角0°~4°。工作面切眼附近存在一逆断层 (倾向300°, 倾角20°~50°, 落差:0m~2 m) , 受该逆断层影响, 该区域内的煤体及顶板较破碎, 且瓦斯赋存异常, 回采时将出现片帮、冒顶及瓦斯涌出异常等现象, 现场要加强顶帮及瓦斯管理, 影响推进度范围为0 m~150 m, 队组要提前采取措施;
b) 在向斜的轴部及其附近地区, 煤层节理、裂隙较发育, 容易片帮、冒顶, 瓦斯涌出异常, 因此在回采过程中要加强顶帮和瓦斯管理, 避免瓦斯、冒顶等事故;
c) 在回采过程中, 遇到煤层疏松破碎、变软、出现构造等异常情况时, 施工队要立即通知相关单位, 采取相应措施。
参考文献
[1]舒社会.无线电波坑透技术在裴沟煤矿的应用[J].中州煤炭, 2011 (12) :75-76.
综合探测 篇2
本文给出笔者参与的浙江温岭东浦新塘隐患探测、椒江外沙海塘渗漏探测、缙云白马水库和玉环里墩水库坝体渗漏探测等几个实例,详细说明了综合物探技术在堤坝隐患探测中的作用、优点和需要注意的问题,具体分析了堤坝隐患的不同特征和综合物探方法的特点.工作实践表明:高密度电阻率法、探地雷达法、瑞雷波法及其综合运用能有效探测坝体缺陷,查明渗漏原因.同时,由于每种方法各有应用前提及局限性,故应针对可能的.隐患特征,选用合适的探测方法及其组合,并努力提高信号采集和处理解释水平.
作 者：葛双成 江影 颜学军 GE Shuang-cheng JIANG Ying YAN Xue-jun 作者单位：葛双成,江影,GE Shuang-cheng,JIANG Ying(浙江省水利河口研究院,杭州,310020)
颜学军,YAN Xue-jun(温岭市水利局,温岭,317500)
综合探测 篇3
关键词：活断层；三维地震；高密度电阻率法
1、活断层的特性
1.1活断层的定义。指现今正在活动，或近期曾活动过，不就的将来可能重新活动的断层，后者也可称为潜在的活断层，它是深大断裂复活的产物。它往往是地质历史时期产生的深大断裂（即切穿上地壳、地壳或岩石圈的断裂），在近晚期和现代构造应力条件下重新活动而产生的。
1.2 活断层的继承性和反复性。现今发生地面断裂破坏的地段过去曾多次发生过同样的断层活动，并成规律分布，岩性和地貌错位发生，累计叠加。我国的活断层分布，主要继承了中生代和第三纪以来断裂构造的格架。
1.3 活断层的类型多种化。根据断层面位移矢量方向与水平面的关系，可将活断层划分为倾滑断层和走滑断层。倾滑断层又可分为为逆（冲）断层和正断层；而走滑断层又可分为左旋断层和右旋断层；以及它们之间还有相互组合的形式出现。
受大洋与陆地板块制约，我国东部地区以NE和NNE向的正斷层和走滑-正断层为主，西部地区则以NW、NNW和NWW向的走滑和逆冲-走滑断层为主。
1.4 活断层的活动方式。一种是间歇性地突然错动，称粘滑型断层；另一种是沿断层面两侧连续缓慢地滑动，称蠕滑型断层。
2、三维地震勘探
三维地震勘探的探测深度可达几公里，施工中对测线布置灵活性大，对于复杂地貌的城市来说，可进行灵活多样的测线束布置工作。同时能对高密度三维地震数据体进行精细解释，偏移归位准确，横向分辨率高，透视化高，有利于复杂小构造的圈定。
2.1 选择适合勘探地区的三维观测系统，接收和激发方式
根据勘探区地质条件和先期的试验工作，选择合理观测系统，包括最佳窗口、反射面元尺寸、最大与最小偏移距、接收道数、覆盖次数、排列方式等。接收方式选取法国428XL数字地震仪，选取合适的采样间隔、高低通滤波、增益、检波器等。以及试验后得到的井深与药量等激发参数。
2.2 野外数据采集
获取信噪比较高的原始记录，对后期资料处理起着基础性作用。选取激发井深至潜水位；合适的药量能获得较宽的有效频带，封孔能有效地压制干扰；做好检波器的耦合工作；一般不允许空道、空炮；对偏离理论设计的炮点和检波点要现场实测坐标；对地貌复杂线束引起的变观要提前用软件论证。
2.3 科学的数据处理流程与技术
在预处理完成后再进行常规处理流程，主要是进行地表一次性预测反褶积，速度分析、地表一致性剩余静校正、NMO动校正、DMO叠加、频域与空间域噪声衰减、叠前时间偏移等。
资料处理时注意要尽量在叠加之前提高信噪比和分辨率；通过速度分析与剩余静校正的迭代来提高速度与静校的精度；在时间域偏移前插值避免产生空间假频；通过子波反褶积和叠前反Q滤波等处理，拓宽地震波有效频带，提高分辨率。
2.4 资料解释
地震资料处理完成后得到三维数据体，它包含了勘探区内丰富的数据信息，解释工作就是把其中的数据信息提炼出所需的地质信息的过程。各地质单位对于解释流程均大同小异，此过程中值得注意的是，应着眼于从整体到局部，由简单向复杂的解释原则；纵、横时间剖面相结合，时间剖面与水平切片、沿层切片相结合，全方位反复对比；将三维可视化、地震属性解释和地震研究模型特征结合起来；多个数据体综合解释。仅举例两幅切片图，可以清晰辨认出断层。
图2.4-1萧县地区DF82 断层沿层切片显示 图2.4-2萧县地区DF82 断层水平切片显示
3、高密度电阻率法
它是一种阵列勘探方法，电极布设可一次性完成，减少了因电极设置而引起的故障和干扰；能有效进行多种电极排列方式的扫描测量，有效获得丰富的关于地电断面结构特征的地质信息；可以对资料进行预处理并显示剖面曲线形态；且与其他勘探法相比较，具有成本低、自动化程度高、异常形象直观、解释方便等优点，故在工程勘察中得到广泛应用。
3.1 野外工作方法技术
对断层进行探测时，为达到对电法剖面解译的准确性，主要应以探测的断层电性特征及避免环境带来的干扰因素为出发点。工作时应注意以下方面：①收集地质资料，将测线布置尽量垂直于构造走向，使探测最大程度获得断层的异常，实践证明相同异常体的横向剖面电阻率异常比纵向剖面电阻率异常幅值较为显著。②当测线切过断面时，高低视电阻率差异分界线即为断层面，根据测线的方位可以推算出断面的倾角和视倾角。但倾向方位角需通过多条平行切过断层面的测线得出断层走向在地表的投影，并只有在测线足够多时才能排除断层走向变化的干扰。
3.2 资料处理方面
3.2.1 预处理
由于地下不均匀体的存在、布设电极的接地电阻大、地质起伏及噪声等因素的影响，会产生干扰异常。为得到真实效果，仔细对原始数据进行预处理，以达到剔除干扰异常的目的，为后续正、反演处理做准备。预处理方法包括相邻断面的数据拼接、剔除虚假点、插值和地形矫正。
3.2.2 正、反演处理
有限元法正演是以一种以变分原理和剖分插值为基础的数值计算方法。用这种方法求解稳定电流场电位，首先要利用变分原理将给定边值条件下求解电位U的微分方程问题，等价地变成求解相应的变分方程，也就是所谓泛函的极值问题；然后，离散化连续的求解区，即按一定规则将求解区域剖分为在节点处相互连接的网格单元；进而在各单元上近似地将变分方程离散化，导出以各节点电位值为变量的高阶线性方程组；最后解此方程组算出各节点的电位值，得到地下空间场的分布，以表征稳定电流场的空间分布。
佐迪方法进行反演的基本思想是：首先设定模型上的层数和测深曲线上的点数相同，每层的电阻率为测深曲线上相应各点的视电阻率；每层的深度等于测深曲线上相应各点的电极距再乘以一常数。利用上述模型得到一理论测深曲线，并与野外实测曲线对比，若两曲线同相（一般幅值会不同），调整模型各层电阻率值，再次正演计算理论曲线，直到实测曲线和模型曲线的均方根误差达到最小，此时得到的模型就作为实测所得到的地质模型。
图3.2.2-1 萧县地区DF82断层在高密度电法反演中的显示
4、总结语
我国开展城市活断层的探测大体经历了区域探测与初步鉴定阶段、深部孕震构造探测、断层的详细探测与精确定位等三个阶段。仅从技术角度来讲，综合地球物理勘探只是探测城市活断层手段的组成部分之一，是非常重要的基础性工作。
但想要对活断层作出全方位定量的解释，则应综合地质学、地球化学、地壳形变等科学的探测结果。在此基础上，对城市发震活动断裂的地表和近地表未来时限内的累计错动量、同震位移量、断裂错动对地面设施毁坏的影响带宽度，以及发震断裂产生的地震地表破裂带的特性进行评估，并针对它们提出在城市经济建设活动中的灾害防治和工程对策方案，达到最大限度地减轻地震灾害的目的。
参考文献：
[1] 李起彤.活断层及其工程评价[M].北京：地震出版社，1991.
[2] 陆基孟，王永刚.地震勘探原理[M].东营：中国石油大学出版社，2009.
[3] 刘国兴.电法勘探原理与方法[M].北京：地质出版社，2005.
[4] 李清林等.高密度电阻率法在城市活断层调查中的应用[J].CT理论与应用研究.2003（12）.1-5.
综合探测 篇4
关键词：火灾探测器,性能评估,模拟试验,测控系统
火灾探测器是火灾自动报警系统中最基本最关键的设备之一,它通过探测被保护区域内的温度、烟雾、光辐射、气体等火灾信号,确定是否或即将发生火灾。火灾探测器的灵敏度、准确性、实时性和可靠性是影响火灾自动报警系统保护人民生命财产安全的关键所在,也是衡量火灾探测器性能优劣的重要指标。
随着新型火灾探测器的不断成功研制,通过优化探测算法提高系统性能的研究也取得了很大突破。火灾探测器性能评估,是近20年来火灾科学的研究热点。1995年,美国标准和技术研究所提出了一种通用火灾仿真器/探测器评估器(FE/DE)的概念设想,其后建造了一个通风管道,对火灾探测器进行性能测试,并开展了飞机货仓误报的模拟试验研究。德国Duisburg-Essen大学火灾实验室建立了复合火灾探测器测试设备。中国科学技术大学火灾科学国家重点实验室建立了火灾探测综合模拟实验平台,可模拟真实的火灾环境和施加环境干扰信号。公安部沈阳消防研究所研制了可进行火灾模拟仿真和探测器性能评估的火灾探测性能综合评估试验平台。
笔者在借鉴国内外已有研究的基础上,依据国家标准,结合火灾探测器实际工作环境特点,设计出具有开环与闭环两种工作方式的复合火灾探测器综合性能评估模拟试验平台。该试验平 台既可模 拟常规的 真实火灾 信号,也可模拟各类火灾干扰信号,还可通入收集的真实火灾烟气进行试验,并进行小尺寸标准火试验,从而对火灾探测器的性能进行综合评估。
1结构和功能
1.1设计思路
试验平台一般有两种工作方式,即为开环和闭环,两种方式各有利弊。在开环工作方式下,试验管道通风流畅,烟尘清除便利,风险小,但模拟试验材料消耗大(如加热器等设备功率要求更高,气体供给不能间断等);在闭环工作方式下,试验材料能循环利用,并从一定程度上较好地模拟封闭空间火灾,但试验中烟尘不易清除,对通风管道、试验设备等要求高,风险大。当然,一个试验平台不能只有闭环。基于以上考虑,本设计采用开闭结合的方法,将试验平台的试验管道设计成带开口的环形管道,通过3个电磁阀的配合可以控制试验平台在开环或闭环方式下运作。
试验平台包括两 大部分,即试验管 道和测控 系统。其中,试验管道又分为两段:模拟段和测试段。模拟段安装用于模拟火灾环境的设备,以模拟真实火灾信号和或火灾干扰信号;测试段用于安装各种火灾探测器和传感器等测量仪器,以测量被检探测器周围环境参数。测控系统通过线缆与试验管道相连,既可控制调节模拟段中相应设备,亦可实时监控测试段中各设备的运行状态及火灾参数的大小;同时,通过计算机系统接收、处理信号,实现试验过程控制与数据记录。
1.2结构与设备
笔者所设计的复合火灾探测器综合性能评估模拟试验平台的总体结构,如图1所示。试验平台的2个主要部分是试验管道和测控系统。试验管道从外形上来看,近似于一个有进出口的环形通道,管道内部为400mm×400mm矩形截面,符合相关国家标准要求。
在试验管道的进出口及中部各有一个电磁阀门,三者配合共同控制试验平台的开闭环工作方式。沿空气流动的方向,在模拟段,依次主要包含如下8种仪器设备:
(1)轴流风机。通过变频器调速控制试验管道中的风速在0~5m/s连续变化,进而将控制段中的各成分传送到测试段进行测试;(2)加热器。通过温度控制器控制试验管道中的气流温度在0~100℃连续稳定变化;(3)加尘器(灰尘发生器)和加尘接口。模拟火灾探测器在实际使用环境中的灰尘干扰;(4)加湿器和加湿接口。模拟火灾探测器在实际环境中的水雾干扰;(5)小尺寸火燃烧皿。是专门用于小尺寸火试验的位置,模拟小尺寸火灾情况,测试火灾探测器的响应情况;(6)集烟装置及其接口。通过收集真实的燃烧产物对火灾探测器进行检测,也可借此加入油烟等干扰信号;(7)气溶胶发生器及其接口。模拟真实火灾中可能产生的典型气溶胶成分;(8)可燃气储罐及其接口。模拟真实火灾过程中可能产生的多种典型气体成分。
在模拟段与测试段中间的弯道区域,设置有导流叶片和整流栅,保证进入测试段的气流平稳无紊流。在测试段,设置有探测器或传感器的进线孔及固定装置,以安装各种类型的火灾探测器及传感器,测量被检探测器周围环境参数。在测试段外侧,安装钢化玻璃观察窗,以便在试验过程中随时观察测试段状况。在测试段末端,设置风量调节阀,可通过控制台自动调节测试段的风量。
1.3平台功能
在以上结构和设备的基础上,该试验平台的主要功能为仿真模拟真实火灾和定量评估各类火灾探测器综合性能。火灾探测器综合性能包括火灾响应、环境适应性和抗干扰能力三方面。
(1)火灾响应。平台使用温度、烟雾、可燃 气体和小尺寸标准火,模拟真实火灾发生时产生的火灾信号,进而评估探测器的响应能力。
(2)环境适应性。主要考核火灾探测器在其寿命 期预计可能遇到的各种环境作用下能实现其所有预定功能和性能,以及不被破坏的能力及长期运行的效果。
(3)抗干扰能力。即通过模拟灰尘、水雾、厨房油烟、香烟烟气等火灾干扰信号,测试火灾探测器对这些特定干扰信号的抵抗能力。
整个试验管道中气流流动情况如下:首先,轴流风机将纯净的气流吸入试验管道并按一定的风速流动,经过加热器加热到特定温度;其次,火灾模拟信号(气溶胶即白烟、黑烟、可燃气体、小 尺寸火等)、火灾干扰 信号(灰尘、水雾、厨房油烟、香烟烟气等)通过相应的仪器设备生成并经对应接口送入试验管道与气流搅拌混合,经导流叶片和整流栅的稳流,均匀地进入测试段;然后,安装于测试段的各类火灾探测器对特定信号进行测试;最后,气流经由风量调节阀的气流控制,从排气口(阀门1)排出,或者经阀门2继续流经轴流风机,实现内循环,前者是在开环工作方式下,后者是在闭环工作方式下。
为实现对火灾探测器综合性能的定量评估,试验平台在测试段安装温度计、湿度计、烟气密度计等传感器或仪表,对温度、湿度、风速、烟气密度等参数进行检测。火灾探测器及各类探测器或仪表将各自的测量信号变换成0~5V的标准信号,经线缆进入测控系统,完成信号转换和数据采集、整理、显示、记录。
2测控系统集成
试验平台要完整地实现对火灾探测器综合性能的定量评估,除了需要同时控制多种仪器设备,还要同时测量多种参数。因此,试验平台测控系统集成和控制优化是平台设计的一项重要内容。
2.1硬件集成方案
表1为测控系统参数表。
测控系统采用工业控制计算机(简称“工控机”)作为自己的控制中心,采用隔离4路电压输出通用D/A板和16路单端模拟输入A/D板,用以控制各种设备运行和接受传感器信号。在通信上,使用RS232接口以及4~20mA电流环等标准接口。另外,使用19英寸标准工控机柜,以便系统扩充。
2.2软件设计
试验平台的测控系统软件的主要任务有两点。
(1)接受信号并界面显示。接收传感器的状态信号,以状态栏的形式显示在主界面左侧,以绿灯亮表示正常,黄灯亮表示故障、掉电或通信无应答,红灯亮表示采样值超限,程序循环显示传感器采样数据。
(2)控制试验过程和记录试验数据。实现试验的启动、过程检测、数据记录、结果打印、停止和紧急停机。试验数据通过建立运行记录数据库(如Access数据库)进行记录,包括试验日期、试验项目、试验人员、温度曲线、烟气浓度曲线、试验结果等信息。
3试验设计
依托试验平台开展各种性能评估试验,需要确立评估试验方法体系。总体而言,试验方法体系包括两部分:实验项目和评估指标。此试验平台可进行的实验项目,如表2所示。
火灾探测是一项干扰环境复杂、测量参数众多的工作,影响火灾探测器综合性能评估的因素也较多。火灾响应是火灾探测器要完成的首要目标,因此“火灾响应性能”是要考虑的最重要的评估因素。其次,不同类型的探测器应用环境不同,面对复杂多变的应用场所条件,包括高温、多烟、高湿度环境及长期运行导致的电子元件老化和电路参数漂移等条件,火灾探测器所表现出来的性能,即“环境适应性能”是影响性能评估的另一个重要因素。另外,“抗干扰能力”也是影响探测器综合性能评估的一个重要因素,包括烹调、吸烟等人为因素和电磁干扰、气流紊动等偶然因素的干扰。
评估指标可根据火灾探测器的性能分别设计相应的试验项目,主要可分为三大类试验,即火灾响应性试验、环境适应性试验和抗干扰性试验,每一大类又可继续细分为很多单项试验。通过专家调查法可以确定各单项试验的权重,根据探测器在各单项试验的具体得分情况,给出综合得分。单项试验可采用百分制,性能越好分值越高,在此基础上,再采用改进的层次分析法进行综合性能评估,进而完成对复合火灾探测器综合性能的评估。
综合性能的评估过程,如图2所示。
4结束语
在借鉴国内外已有研究的基础上,依据相关标准,结合火灾探测器实际工作环境特点,设计出可以进行火灾仿真模拟和探测器综合性能评估的复合火灾探测器综合性能评估模拟试验平台。此平台有以下特点:
(1)评估全面。配置了安装有各种火灾模拟、环境模拟、干扰模拟的仪器设备,环境参数测定的传感器的试验管道,以及兼具信号控制、状态显示、数据记录与存储于一体的测控系统,可全面仿真模拟真实火灾环境与典型的干扰信号,全面评估探测器综合性能。
(2)节约资源。因具有开环和闭环两种工作方式,因此试验材料可实现重复利用。
(3)数据量化。对灰尘、烟雾、可燃性气体、水雾、温度、风速等环境参数实现了数据量化。
(4)体系完善。建立了完善的综合性能评估试验方法体系。
深空探测与我国深空探测展望 篇5
对人类已经开展的深空探测活动进行了回顾,简介了近期已开展和未来5年内将要开展的深空探测任务,以及未来主要航天国家的深空探测规划,提出了未来我国开展深空探测应掌握和突破的关键技术;介绍了我国深空探测的现状,对绕月探测工程和嫦娥1号进行了简介,重点介绍了探月工程二、三期的.思路和二期工程的立项论证情况和初步总体方案,同时简要叙述了正在论证中的中俄联合火星探测、夸父计划、硬X射线天文望远镜和空间太阳望远镜等项目的概况;给出了对我国未来深空探测发展方向的思考和展望.
作 者：叶培建 彭兢 Ye Peijian Peng Jing 作者单位：中国空间技术研究院,北京,100081 刊 名：中国工程科学 ISTIC英文刊名：ENGINEERING SCIENCE 年，卷(期)： 8(10) 分类号：V475 V529 关键词：深空探测 行星际探测 多目标多任务 中国探月工程
综合探测 篇6
关键词：展柜安防；博物馆；文物防护；报警探测
中图分类号： X924 文献标识码： A 文章编号： 1673-1069（2016）15-93-2
1 博物馆展览的形式和内容对展柜安防提出的需求
博物馆不但是一个公益性的学习教育场所，也是一个文化的殿堂和历史的浓缩。截至2014年，全国博物馆数量达到了4510家，其中80%为免费开放博物馆。2014年全年全国文物机构共安排基本陈列9996个，比上年增长19.1%；其中博物馆接待观众71774万人次，占文物机构接待观众总人次的85.2%。而随着2015年1月14日国务院通过《博物馆条例》，博物馆的发展将得到进一步的规范和促进。
博物馆的繁荣发展同样对于展览形式和展览的安防措施提出了严峻的考验和新的挑战。对于博物馆来讲，其本身的功能是使观众贴近展品，贴近文物而学习历史、感受文化洗礼的过程，这就需要展品尽可能的融入于展览形式和整体内容当中、需要展品与观众近距离的接触。然而这些展品通常是珍贵的文物，而文物具有不可再生性，一旦损坏造成的将是无法挽回的严重损失。一方面文物本身需要一定的特殊保管环境和手段，比如字画、木器、漆器、青铜器等展品就要有严格的温湿度和照明限制条件，只有在这种保管环境中文物才不会受到环境的侵蚀而老化损毁；另一方面，文物也需要防盗和防止不文明观众触摸损毁的情况发生。而展柜也就成了最常用的防范手段，因此如何做好展柜和安防工作就成为了博物馆工作的重要内容之一。
通常来讲，博物馆的安全防范手段无外乎三种：物防、人防和技防。使用展柜属于物防，而展柜内安装使用何种探测报警设备属于技防的范畴。然而无论何种防范手段，其最终的目的都是首先要保障被保护文物和展品的安全，其次是在保护文物展品的同时，要能尽可能的有利于文物展品的展示，也就是要求展柜内的探测器尽可能少的影响展览效果。
值得一提的是随着展览设计的多样和展线的优化，越来越多的展览都会将展柜安置于展厅的正中间，这种布置方式不利于安防报警线路的铺设。如果采用有线报警的方式，那么如何隐藏报警线路就成为了一个难题。这样情况的出现对展柜的安防手段提出一个很高的要求，因此采用无线报警的方式就显得十分必要。
2 目前博物馆常用的展柜安防手段
2.1 采用多维驻波和超声波的探测方式
多维驻波探测器采用超声波原理，通过一个发送端发出超声波，超声波充斥整个密闭空间，形成一个类似于磁场的波场。在这个空间稳定的情况下由处理器分析记录接收端接收到的超声波信号量。当这个环境遭到破坏，必然导致稳定的波场遭到破坏，从而在接收端造成一个信号量的变化，处理器通过对这个变化信号量的分析以确定是否有报警信号的输出。
超声波物体移动探测器的原理是根据多普勒原理进行探测。大致过程就是由探测器向展柜的密闭空间内发送出一固定频率的超声波，如果在空间内出现移动的物体则返回的超声波信号会根据多普勒效应发生一个微小的频移，通过检测这个频移则能判断出是否有物体进入或者离开了探测区域，以此来进行报警。
这两种探测方式很像，尤其是在探测的设备和形式上，他们都属于主动探测方式，所以他们有着类似的优缺点。通过多年对这两种探测器的使用，发现其优点是较为灵敏，十分适合在小型密闭玻璃展柜内。尤其在2米×2米×2米（长宽高）的空间内，较为可靠。在2米×1米×1.5米（长宽高）的空间内灵敏度和可靠性最高；除此之外，这两种探测器还具有体积小的特点，收发探头较容易隐藏，对展柜内陈列效果影响较小。同时它们的缺点也很明显，那就是对空气流动极为敏感，如果展柜的密闭性不好那么会经常出现误报警的现象，如果在报警点位很多的情况下就表现的十分糟糕，经常大面积的误报。同时由于这种探测方式属于主动探测方式，需要设备常年不断地发射超声波信号，所以设备十分容易老化进而出现故障。同时，目前这两种探测器均为有线连接，需要供给DC 9-12V电压，报警返回量为开关量。
2.2 采用玻璃破碎方式
玻璃破碎探测器采用被动接收玻璃破碎产生的特定频段的音频信号作为探测手段。其内部采用压电式接收器，由于只对高频的玻璃破碎声音进行有效的检测，所以它可以屏蔽掉展柜和玻璃震动产生的声波信号。
这种探测器在该馆使用的也较为广泛。由于它属于被动探测方式且只对玻璃破碎的声音产生反应，所以它可以方便的用于几乎所有的玻璃展柜中。其优点是误报率低，工作稳定可靠，安装体积比较小，便于藏于展柜内，对展柜内的陈列效果影响较小。它的缺点是只对特定的玻璃破碎声音反应，随着目前较厚防爆玻璃展柜的广泛使用，它的探测效果受到部分影响；同时由于它工作在被动状态，在展柜内安装后难以对其工作性能进行检测，只能开柜检查其时候还处于良好的工作状态，从而在维护上较为困难。
目前使用的较多的是Honywell的玻璃破碎探测器产品，该产品为有线连接，采用DC 9-12V供电，报警返回量为开关量。
2.3 红外幕帘探测器
红外幕帘探测器的工作原理是通过探测人体的热释红外辐射变化来产生报警信号。当人进入展柜时，身体辐射的红外信号通过探测器的菲涅尔透镜后产生随着人移动而变化的红外脉冲，进而由红外接收器监测并判断分析后产生报警信息。
这种探测器在大型展柜中应用较多，而小型展柜则不适合。因为小型展柜空间有限，探测器极容易透过展柜玻璃而对展柜外的观众移动产生报警信号，造成严重的误报。而在大型展柜内，由于展柜本身的体积所限必须使用加厚的防爆玻璃才能提供足够的展柜强度，所以可以忽略通过暴力手段破坏玻璃的进入手段，只需对展柜入口门进行布防探测即可。同时也正是因为红外幕帘探测器常安装于大型展柜内，所以其对展柜内的展览效果影响很小。
目前此类探测器较多，多家公司均有此类产品。一般此类探测器和空间红外幕帘通用，采用有线连接方式，报警返回量为开关量。
2.4 红外对射探测器
红外对射探测器的原理是通过组成主动红外对射幕帘，对遮断幕帘的事件进行探测并产生报警信息。
这种探测方式适用于特定的防护目标，例如较大的雕塑和成群密集作品，属于遮断报警探测。目前这种探测方式在实际使用中较少，主要是由于改型的探测器布设较为烦琐，需要对发射和接收端同时供电和布线，不适用于临时展览。同时，随着目前展览形式的发展，大型雕塑往往采用模型或者复制品参展，不需要对其进行严格的防护，甚至还允许观众近距离欣赏，所以这种探测方式较为罕见。
红外对射探测属于有线探测方式，报警返回量为开关量。
2.5 无线震动探测器
此类探测器属于根据震动信息进行探测报警的装置。随着技术的进步，目前此类探测器可以通过内置电池连续工作4-5年乃至更长的时间。而工作方式采用服务器—客户端模式，通过一个外置的无线主机轮询一个区域展柜内的无线震动探测器，轮询时间小于1秒。如果在该区域内产生展柜报警，那么报警主机将通过无线网络将报警信息传回控制室内的电脑上，显示报警并记录日志。
目前该馆越来越多的展览采用这种展柜报警探测方式。这种方式的优点是可以忽略展柜的布置方式，彻底摆脱有线报警的布线制约。同时这种无线震动探测器体积十分小巧，只有30mm×20mm×6mm大小，可以很方便地放置在需要布防的展柜内，对展览的效果影响可以忽略不计。同时可以通过无线网实时监测探测器的工作状态和剩余电量。缺点是需要额外架设一个报警主机，与现有的有线报警系统不能进行有效的整合，同时探测器电量有限且电池被集成进探测器内，电量耗尽时需要整个更换探测器。
2.6 其他探测方式
综合探测 篇7
关键词：地震波反射,三维直流电法,瞬变电磁法,三级电法
综合探测技术是结合地质信息分析的综合超前探测法,它根据同一地质构造(源)引起的地层形变场(定性)、电磁场(定量)、波场(定性)等多种参数变化趋势同步、灵敏性不同的特点,利用“同源异场”聚焦的作用,定性与定量相结合,能提高探测准确度,称为综合探测技术[1]。姚桥煤矿西六采区开采上限为-400 m水平,开采下限为-850 m水平,走向长2 016 m～2 333 m,倾向长672 m～985 m,采区面积1.99 km2。在西六采区-850 m皮带大巷和轨道大巷施工过程中,相继揭露了陷落柱柱体,-850皮带大巷穿过陷落柱约10 m宽,-850轨道大巷揭露陷落柱宽约57 m。这是本矿井田内第一次井下揭露陷落柱。为了掌握陷落柱下部赋水性、陷落柱底部发育层位,确保回风上山掘进安全,以及确定采区煤仓的位置问题,根据现场条件,拟采用综合物探方法解决上述问题。具体选用下述四种方法:1)地震波反射共偏移法:在-850 m皮带大巷和轨道大巷底板探查陷落柱体底部发育特征。2)三维直流电法:在-850 m皮带大巷和轨道大巷底板探查陷落柱体下部赋水性特征。3)瞬变电磁法:在-850 m皮带大巷和轨道大巷底板、顶板、两帮四个方向探查陷落柱体范围及赋水特性。在回风上山超前探测陷落柱边界及前方赋水特性。4)三级电法:在回风上山用三级电法超前探测陷落柱边界及其赋水性。
1 地震波反射共偏移探测
1)基本原理。
反射共偏移法又称随地声纳法,依据反射波勘探原理,在单边排列的基础上选定最佳偏移距,即最佳反射窗口,采用单道或多道叠加小步长顺移前进观测系统[2]。
2)测线布置。
测线现场布置见图1。
3)地震反射剖面结果与分析。
地震数据处理在KDZ震波自动解释系统上进行。处理流程为:上传数据→文件拼接→道间平衡→发散补偿→滤波处理→偏移成像。地震剖面的坐标系是以第一个外侧物理测点为起点向里侧联巷方向为正。
从本次探测所获得的底板地震反射剖面中可以看出,在断层和陷落柱发育的区域,反射波组明显错断,地震波衰减变慢。巷道穿过陷落柱,从皮带大巷中已揭露陷落柱的位置向底板追踪,位置在129 m～170 m处,如图2所示,底板宽度影响约40 m,深度影响范围至底板100 m以上,在底板中陷落柱影响范围比巷道中要宽。在轨道大巷底板中陷落柱分布更宽一些,在85 m～142 m处,底板横向影响最宽达80 m,深度影响范围100 m以上。因锤击能量较弱,加之陷落柱岩石破碎吸收弹性波能量,使得探测深度只能到100 m。
2 三维直流电法探测
1)基本原理。三维直流电法勘探就是应用现有的直流电法仪器和勘探方法,在施工方法上进行改进,进行加密采样数据以取得三维数据体,然后采取电阻率层析成像技术进行资料处理和成图。2)测线布置。测线现场布置见图2。3)三维电法探测结果与分析。
处理时根据探测方法有针对性分别采用合理的流程进行处理。处理方法及流程如下:
由于三维直流电法数据采集方式和常规电法数据有一定区别,因此在数据处理技术与处理流程上有独特的特点。本次数据的预处理在“电法解析系统”处理平台上进行。数据处理的重点为三维电阻率反演,直接利用地面不规则测线的空间坐标建立三维反演模型,选用EarthImager 3D软件平台,可获得测区范围内三维电阻率数据体,成果图选用了surf 8.0和AutoCAD软件进行辅助成图。处理步骤为:数据解编→突变电位、电流剔除→AGI格式导出→三维建模→3D电阻率反演→结果成图。电阻成果处理时均以开4点为相对零点,向里侧联巷为正,建立坐标系。
图3为-850皮带大巷与轨道大巷构成的探测空间底板下方的三维电阻率反演垂直切片。从图3中看出,本次探测视电阻率值从10 Ω·m～19 Ω·m,差异不是很大,整体视电阻率值表现比较均匀,基本上都是反映出低阻特性,主要由岩性引起。总体表现岩层不含水,对陷落柱的空间形态表现不明显。巷道底板31 m以下视电阻率基本都在10 Ω·m～12 Ω·m左右,很均匀,陷落柱边界在视电阻率方面没有表现。
-850皮带大巷底板常规电法电阻率剖面上(见图3),视电阻率0 Ω·m～60 Ω·m,整体阻值较高,而陷落柱揭露区下方阻值相对较低,基本反映出陷落柱的形态。在轨道大巷整体阻值要比皮带大巷低,并且差异比较大,陷落柱形态不明显。表明陷落柱内岩性与围岩在视电阻率方面差异很小。在轨道大巷揭露陷落柱下方60 m～80 m段存在一视电阻率小于10 Ω·m的低阻区,平面位置从115 m～155 m,宽约40 m。比三维电阻率反演巷道底板31 m以下视电阻率略低,推测为岩性低阻引起,而非岩层强赋水所引起。
3 瞬变电磁法探测
1)基本原理。瞬变电磁法属于时间域电磁法,它是利用不接地回线或接地线源向地下发送一次脉冲电磁场,在一次电磁场的激励下,地下导体内部受感应产生涡旋电流:在一次脉冲磁场的间隙期间,涡流电流产生的二次磁场不会随一次场消失而立即消失,即有一个瞬变过程,利用线圈或接地电极观测二次磁场,研究其与时间的变化关系,从而确定地下导体的电性分布结构及空间形态[3,4]。2)测线布置。依据探测目的,本次瞬变电磁法探测选用发射电流为1.0 A,频率25 Hz,发射线圈2×2 m,64匝,接收线直径0.6 m。轨道巷和运输巷采用偶极观测系统,接收线与发射线圈的间距10 m,线圈法线指向工作面顶板(0°)、右帮向上45°方向(45°)、右帮(90°)、右帮向下45°方向(135°)、底板(180°)、左帮向下45°方向(225°)、左帮(270°)、左帮向上45°方向(315°),如图4所示。实际测量时将测量装置布置在巷道靠近工作面煤帮,测点分别布置在巷道侧帮,沿巷道逐点进行探测,测线长度约460 m,完成探测约46个物理点,采集数据约3 680个(见图4)。最后对整个探测结果进行资料处理、分析和解释。3)瞬变电磁探测结果与分析。瞬变电磁探测图上,横坐标代表沿巷道测点位置,纵坐标代表探测深度;如图4所示,轨道巷从联巷开始,自东向西进行,联巷口为瞬变电磁图的横坐标的0点,轨道巷测线长度为200 m。皮带巷自西向东进行,起点在40 m处。轨道巷实践揭露陷落柱位置对应探测图为90 m～148 m段,皮带巷实践揭露陷落柱位置对应探测图为60 m～83 m段。对轨道巷八个方向的瞬变电磁成果图进行分析,陷落柱顶部40 m范围内视电阻率较低,主要是泥岩组分偏高引起,顶部60 m范围内赋水性差。陷落柱顶部发育高度暂无明确划定。轨道巷南北两侧赋水性弱或基本不含水,巷道底板赋水性也较弱。对皮带巷八个方向的瞬变电磁成果图进行分析,巷道顶部80 m范围内赋水性差,巷道南北两侧基本不含水,巷道底板赋水性也较弱。
4 三级电法超前探测
1)基本原理。矿井直流电法属全空间电法勘探。它以岩石的电性差异为基础,与地面电法不同,在全空间条件下建场,在地下巷道中进行电法测量工作,地下电流通过布置在巷道内的供电电极在巷道周围岩层中建立起全空间稳定电场,该稳定电场特征取决于巷道周围岩石的电性特征及其赋存状态,测量该电场的变化规律,使用全空间电场理论处理和解释,就可找到巷道周围岩石中引起电场变化的水文、地质构造等规律[5,6]。
2)测线布置。探测位置为西六采区回风上山。迎头属岩巷掘进,从迎头处至距迎头17 m左右有大量的碎石块堆积,潮湿(来源为锚杆打钻孔时风钻喷水所致),巷道为网锚喷支护,迎头20 m之内坡度为22°。电极A1距迎头0 m。电极A2,A3及主机位置均正常,测点移到间距为2 m。具体观测如图5所示。
3)探测结果。根据探测结果,迎头向东南方向14 m之内,为探测盲区。推测迎头向东南方向22 m处为F3-1断层的下盘界面。40 m～45 m处为轨道大巷的投影位置,相对低阻是巷道中空气湿度相对较大所引起。前方54 m范围内无含水构造或含水层位。
5 探测综合解释与实际对比
通过地震波反射共偏移探测、三维直流电法探测、瞬变电磁法探测、三级电法超前探测四种方法分别对西六采区轨道巷、皮带巷和回风上山的探测,可以得出以下的结论:1)陷落柱空间形态在地震波反射共偏移探测上有所显示,空间形态基本可以确定。在-850 m轨道大巷所在位置的不同深度水平切面上,陷落柱边界东、西向有所摆动,并且宽度也不一样。如:在-850底板(相对标高为0),宽度57 m;在-30 m位置,陷落柱宽52 m;在-50 m位置,宽42 m;在-60 m位置,陷落柱宽50 m;在-80 m位置,陷落柱宽42 m;在-90 m位置,陷落柱宽82 m;在-130 m位置,陷落柱宽72 m。在-850 m皮带大巷所在位置的不同深度水平切面上,陷落柱边界东、西向有所摆动,并且宽度也不一样。在-850底板(相对标高为0),陷落柱宽38 m;在-30 m位置,陷落柱宽47 m;在-50 m位置,陷落柱宽40 m;在-60 m位置,陷落柱宽46 m;在-80 m位置,陷落柱宽36 m;在-90 m位置,陷落柱宽70 m;在-130 m位置,陷落柱宽68 m。在该深度上,振幅能量强吸收现象已不明显,或已趋于均匀化,表明此深度为陷落柱底或接近底板。2)在-850 m皮带大巷所在位置,物探解释陷落柱宽38 m,地质编录宽度10 m,西侧边界基本对应,东侧边界物探提前28 m,与断层位置吻合。认为可能是由于皮带大巷刚揭露陷落柱时,误作为断层处理所致。轨道大巷物探解释陷落柱位置与实际揭露位置基本吻合,误差约5 m,即物探解释陷落柱位置比实际揭露位置提前约5 m。3)根据轨道大巷在23号测点西68 m揭露的陷落柱岩性分析,迎头岩石有花斑泥岩和孤立的铝土泥岩碎块,其中花斑泥岩块度较大,数量较多。铝土泥岩只发现照片中的一小块。泥岩中发育大量黄铁矿。根据附近Y26钻孔资料,在7煤顶板发育有较多紫红色泥岩(花斑泥岩),距离最近的位于深度748.65 m处,距7煤顶40.7 m(789.35 m～748.65 m)。由于L4灰岩上距7煤底板48.5 m～93.3 m,一般为78.4 m,说明陷落柱顶部最少已发育到L4灰岩上部89.2 m(40.7 m+48.5 m),一般119.1 m(40.7 m+78.4 m)(由于Y26孔未见灰岩就停钻,7煤到L4灰岩具体层间距不清)。4)陷落柱赋水性根据三维直流电法探测、瞬变电磁法探测、三级电法超前探测结果,综合考虑,总体表现岩层赋水性差,轨道大巷及回风上山掘进过程中不会对其造成影响。轨道大巷揭露陷落柱位置附近向下80 m范围内的底板岩层总体表现岩层赋水性差,不会造成水害隐患。
6 结语
1)本次探测陷落柱综合运用了三维直流电法,地震波反射共偏移法,瞬变电磁法,三级电法四种地震勘探手段,互相补充彼此方法的不足,在后期的现场验证中证明准确度比用一种方法的准确度要高,并且基本实现了正确的勘探预测。可有效查明采区范围内的陷落柱分布情况,指导采区设计和综采工作面的工作。
2)综合探测只是提供陷落柱的位置,产状与性质,对于陷落柱发育规律则不能提供相关信息,这需要详细研究陷落柱发育规律。综合分析矿区及周边矿井的地质资料,结合已揭露陷落柱的发育特征,研究未开采区域陷落柱的发育情况,以及陷落柱对开采的影响程度,为安全开采提供地质保障。
参考文献
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[3]周韬,韩自豪,周建雄,等.瞬变电磁法在煤矿水害防治中的应用[J].中国煤田地质,2004,16(2):34-36.
[4]花育才,项育龙.电磁勘探在煤矿防治水中的应用[J].中国煤田地质,2006,18(4):90-91.
[5]刘志新,刘树才.综合矿井物探技术在探测陷落柱中的应用[J].物探与化探,2008,32(2):212-215.
综合探测 篇8
地球物理探测技术是根据地下介质存在的物性 ( 密度、电阻率、波速等) 差异,探测覆盖层下目标体的方法。目前工程勘察领域常用的物探方法包括高密度电阻率法[1~5]、音频电磁法[6]、瑞雷面波法、探地雷达法、微重力测量[7]等,不同的地球物理方法各有优势和不足。
河北省唐山市采煤历史悠久,存在数量众多的小煤窑,由于缺乏完整的采矿资料,已经进行填埋处理的废矿井给市政工程建设造成了潜在的危险。 唐山某公园拟建人工湖地区为一废弃小煤窑采区, 为规避工程风险,采用重力、高密度电阻率法进行了综合探测,探测目标是初步确定掩埋井口的位置,为后续钻探验证及注浆治理提供依据。本文研究了这两种物探方法的应用效果,并针对回填区的特殊性,总结了一些施工及资料处理经验,可为开展类似工作提供参考。
1掩埋矿井的工程特性及地球物理特征
小煤窑具有开采随意、深度浅、采掘无规律等特点,其主井口位置一般对应地下采掘主巷道采空区。采空区由于重力作用,地下形成冒落带和裂隙带,在地表则表现为小规模的塌陷[8~10],尤其是井口位置,塌陷程度更大。本工区矿井封闭后进行了整体回填,填充物具有不均匀性,地表未见异常。 通过现场调查和附近其他地表出露的井口试验,总结了掩埋井口的工程特性主要为: ( 1) 井口为圆砖墙为主,直径2 ~ 4m,支撑性好,井内填充物以砂土为主,压实较好; ( 2) 井口上方至地表为渣土和建筑垃圾为主的填埋层,物性分布无规律,参见图1和图2。
井口内填充物由于自重作用向巷道内移动,在上部覆盖层和井口间形成空洞,重力上表现为重力低异常,电阻率表现为高异常; 表层回填物电阻率复杂无规律,深部填充物空隙度大,且由于地势较低有利于自然降水补充,使覆盖层深部介质充水导致整体电阻率相对较低; 井口由于砖墙的隔水作用,井内整体表现为高阻特性。
2地球物理方法
2.1高密度电阻率法
高密度电阻率法基于垂向直流电测深与电测剖面法原理,通过测量控制系统将在同一条多芯电缆上布置连结的多个电极进行排列组合,构成多个垂向测深点或多个不同深度的探测剖面,并按特定的探测装置类型逐点或逐层采集电阻率数据,通过一次布设实现了自动跑极、自动通断电、自动观测记录及存储,获取了剖面不同位置及深度上的原始数据,具有采集数 据量大,数据观测 精度高等 优点[11]。本次高密度电法测量仪器使用DCX-1A电阻率层析成像数据采集系统。
2.2微重力测量
微重力测量是观测精度达到微伽级的重力测量,利用地下密度异常体引起的剩余重力异常进行地下介质探测的方法。该方法采用精度更高的仪器及更严格的野外采集方法,以确保测量效果。本次观测使用CG-5重力仪进行相对重力测量,测点坐标及高程使用全站仪测定。
3应用效果
3.1工作布置及参数
为提高野外数据质量,根据工作场地的地质条件、工作目标、工区范围及地物情况,综合确定探测工作布置和采集参数。考虑到目标体较小,网度确定为高密度电法测量2m ×5m,剖面30条; 重力测量1m × 1m ( 见图3) 。考虑到探测的精度,高密度电阻率法选择了对垂向及横向灵敏度较适当的温纳装置[12]( 见图4) ,确保较大的测量电位以压制干扰。
3.2地球物理异常推断解译
首先在工区附近出露的WJ01矿井口进行了高密度电法有效性试验。井口出露部分呈圆形,直径3. 6m,井壁为砖墙。横穿该井的试验剖面 ( 图5) 反演结果表明,高阻异常位置对应了井口位置,但受体积效应的影响,其横向边界存在一定偏差。试验结果表明,利用高密度电法进行掩埋井探测是可行的。
工区共完成高密度电法剖面30条,通过电阻率二维反演处理和重力位场转换进行了异常推断和解释,共发现了2处具备高电阻率和低重力组合异常特征的位置。
图6为工区内三条高密度电法测量剖面成果图, 整体电性特征具有一定的代表性。浅部0 ~ 10m范围内电阻率变化剧烈且无规律,电阻率范围10 ~ 150Ω·m,呈高阻、低阻相间分布特征,是井口上覆回填层的反应,深部整体呈低电阻 ( <25Ω·m) ,为回填层充水所致。根据掩埋井的物性特征及方法试验结论,认为深部低阻背景下存在的垂向分布的孤立高阻体可作为推测掩埋井口的依据。图6 ( a) 中L03测线长度132m处及图6 ( b) 中L17测线144m处均发现电性高阻异常响应,而图6 ( c) 中L26测线深部不存在高阻异常,结合剩余重力异常图 ( 图7) 分析,上述两处高阻异常处基本处于剩余重力低异常范围,故综合推断为疑似掩埋井位置,井口埋深25 ~30m。
在推断井位布置了验证孔两个,孔深分别为92. 8m和84. 2m。验证结果表明,浅部人工回填土深度分别为28. 6m和30. 4m,基本与推断井口埋深相符,其下主要为风化砂岩。对掩埋井进行了注浆处理,注浆总量超过4000m3。处理后封闭注水试验结果表明,推测的两处井口位置未发现漏水,但在L26线92m处发现一处漏水井口,高密度电阻率及重力测量探测结果中均未发现该井口,表明探测方法也具有一定的局限性,分析原因主要为: ( 1) 上覆回填物的物性差异大,影响了探测效果; ( 2) 井口塌陷严重,不是砖砌井或井口直径太小,导致物性异常幅值太小,没有达到仪器观测范围。
4结论
本次利用高密度电法和微重力探测的综合方法探测掩埋井口取得了预期的效果,针对在人工回填区开展地球物理探测工作的特殊性及局限性进行如下总结。
( 1) 高密度电法具有数据量大、分辨率高、数据处理方法成熟等优点,适合城市工程建设领域埋深30m以上的工程勘察工作。根据工作区特点选择适合的工作参数和装置,资料解译采用综合地球物理勘察方法,利用多种物性参数相关分析,可以使物探成果更加有效。
( 2) 探测目标与围岩之间的物性差异是开展地球物理探测的前提,回填区介质的不均匀性是影响勘察效果的重要因素。建立合理的地球物理模型, 确定物性组合特征,并开展方法有效性试验,对地球物理资料的解释推断有指导作用。
( 3) 观测结果受体积效应影响会存在误差,在无异常的部位也发现了井口,说明了物探方法的局限性。以后的工作可以通过多种方法的综合分析并引入三维处理技术,进一步提高探测的准确性。
摘要：在某在建人工湖地下掩埋的废弃煤井口勘察中,首先分析了矿井的工程特性,并在出露井口进行了方法有效性试验,确定了回填层和掩埋井的物性特征。根据试验和分析研究结果,制定了高密度电阻率法和微重力探测的综合地球物理探测方案,通过分析取得的电阻率和重力异常结果,发现了两处具有高电阻率和低重力组合特征的疑似掩埋井口,并在推测位置施工浅钻发现了掩埋井,其埋深与推断基本相符。应用结果表明,综合物探方法是提高探测准确性的有效途径。
综合探测 篇9
岩溶陷落柱在华北型煤田广泛发育和分布岩溶陷落柱是指由于岩溶和坍塌作用形成的镶嵌在煤系中在杂乱无章的碎石堆集体, 简称陷落柱。岩溶陷落柱会对煤矿生产极大的危害。探测陷落柱的空间位置及其形态, 对确保煤矿高效安全生产有重要意义。陷落柱是岩溶空洞塌陷后在特殊环境下的产物, 系地下水运动侵蚀底部可溶性地层 (奥陶纪石灰岩) 引起上部地层向下沉降的重力物理现象。如果井田范围内岩溶陷落柱发育, 当在对井下进行采、掘、开等工程接近或揭露陷落柱时, 很可能会引发透水事故, 造成重大人员伤亡事故和财产损失。
岩溶陷落柱在我国华北石炭二叠纪煤系地层中广为分布, 如山西西山矿务局五个井田就揭露陷落柱多个。由于陷落柱贯穿于岩溶发育的奥灰和煤系地层之间, 即使陷落柱在天然条件下是不导水的, 但由于开采活动岩层的破坏及结构改变对其导水性能也有了相应改变, 陷落柱往往成为奥灰与煤系地层之间联系的通道, 井巷或采煤工作面一旦接近或揭露陷落柱时, 有较大可能发生突水, 水量一般较大。若是庄矿的工作面因陷落柱导水而造成突水, 会造成巨大损失。简单的说陷落柱是煤田开采中常见的一种地质体, 陷落柱突水灾害是不容忽视的地质灾害。
2 岩溶陷落柱分布规律
岩溶陷落柱是威胁煤矿安全生产的主要隐患之一。目前, 我国尚未有统一的陷落柱分类方案, 使煤炭生产管理部门在陷落柱调查和防治方面难以制定专门、统一的指导性作业规程及相应的质量管理标准, 因而给生产和管理带来诸多不便。岩溶陷落柱突水是影响矿山安全生产的重要地质灾害之一, 在提出工程设计之前, 预先探测陷落柱的空间位置和形态, 可避免经济损失并保证煤矿高效安全生产。为此, 论述了一种在地面综合探测陷落柱的技术, 即在地理信息系统 (Geographic Information System, 简称GIS) 支持下, 对遥感图像、地质采矿资料和实地调查资料进行多因素复合分析, 圈定陷落柱的可能分布区, 进而实施物理勘探, 确定陷落柱的具体分布参数。实践表明, 这是一种行之有效的技术方法。
2.1 受地层结构控制
陷落柱发育的地层层位主要分布在碳酸盐、硫酸盐岩混合铸造的中奥陶统中。中奥陶统碳酸盐—硫酸盐岩系属于陆缘浅海台地沉积, 为一套泥晶白云岩、泥晶白云质灰岩、泥晶灰岩、石膏及硬石膏岩混合构成, 因此常见大量层次不清的膏溶角砾岩。
2.2 受地质构造条件控制
如河北井陉发现的112个陷落柱很大一部分分布在靠近背斜纵张断裂和一些导水断裂附近。根据邯邢煤田统计资料, 在构造复合部位, 尤其是在NW向NNE向构造复合部位, 地下水交替更强烈, 是陷落柱易成部位, 其发育深度主要由受构造控制的水动力和水化学条件来决定, 并随着中奥陶统碳酸盐岩顶板埋深加大而逐渐减弱。同时、煤层挠曲和柱面构造等派生构造。
2.3 岩溶地下水集中径流带地区强烈发育
凡岩溶泉域发育的地区, 岩溶地下水集中径流通道就比较发育, 相应陷落柱也就普遍, 且在强径流带分布密度最大。从现在已经发现的陷落柱分布特点看, 陷落柱发育部位一是在某一地质历史时期处于地下水强径流带上, 一是处于现代地下水强径流带或集中排泄带上, 而后者更为重要。因为, 此处存在着正在发育的导水性极强陷落柱。
2.4 岩溶泉域集中排泄带附近发育
岩溶陷落柱的形成及发育主要因素取决于地下水的循环交替条件。位于岩溶泉域排泄带附近的井田内, 陷落柱普遍发育。
3 岩溶陷落柱的水文地质特征
综合分析了华北石炭二叠地层特点、岩溶陷落柱总体特征以及煤田岩溶陷落柱区域分布规律, 运用区域古构造应力场发展演化史———中生代印支、燕山期受欧亚构造域板块挤压和太平洋板块俯冲影响, 认为华北地区基本处于构造压应力状态, 构造活动强烈, 发育诸多造山带、隆起带和深大断裂带, 新生代的喜山运动时期, 印度洋板块与亚欧板块碰撞, 同时, 太平洋板块回弹, 在中国大陆东部, 华北地区压应力释放, 处于构造张扭应力状态, 形成了大量张性NNE走向正断层, 提出岩溶陷落柱分两期发展, 最终形成于新生界喜山运动时期, 得出古构造应力场是岩溶陷落柱成因的主要控制因素。陷落柱导水性主要取决于柱体内物质组成、压实和胶结情况以及承受水压大小。一般形成比较早的陷落柱, 压实胶结比较好, 导水性弱。而形成较新或正在形成发育过程中的陷落柱, 胶结不好, 导水性强。与此同时, 在横向上也会产生一定变化, 表现为外围环带导水性相对比较强, 中间部位较差, 构成环带分布的特点。依据导水性能, 可把陷落柱划分为以下三种类型:不导水或微弱导水型;导水型;强导水型。陷落柱的含水、导水性主要取决于柱内岩石的压实程度, 而压实程度则又取决于陷落柱的形成年代和柱内岩石的水化程度。不同地质及水文地质条件下, 形成的陷落柱类型和特征也不相同, 其含水、导水性差异也会很大。同时, 陷落柱的含导水性受控因素过多, 难以简单地判定出它的含导水性。
岩溶陷落柱多形成在现代伸展构造或自重应力为主的地区, 柱体围岩具备易于冒落的岩体结构, 陷落过程围岩应力条件与采空区覆岩冒落过程类似, 奥灰岩溶的持续作用是陷落柱柱体不断向上发展的根本原因。
4 结束语
岩溶陷落柱在华北的阳泉、太原西山等地比较发育。有的在地表出现大规模的塌陷, 周围被时代较老的地层所封闭, 有的直径仅有数米, 与低角度逆掩断层受剥蚀后形成的地窗极为类似;有的仅在地表出现简单的褶皱。在矿井中, 煤层被上部塌陷的破碎岩石所代替, 构成无煤区, 故又称无煤柱、矸子窝。其规模和陷落幅度受岩溶发育程度所制约。在野外填图工作中, 须将陷落柱的地表位置、范围、规模、地表岩性, 以及其他有关的构造形迹, 准确地填绘在地质图上, 为煤矿建设的设计、施工提供依据。矿井中因有陷落柱的存在, 不但给采矿工程造成困难, 有时会突然大量涌水, 淹没矿井, 陷落柱突水灾害是矿井岩溶突水灾害的重要类型之一。其主要特点是突水性强, 规模大, 破坏损失严重。因岩溶陷落柱除自身常储聚大量地下水外, 还常成为沟通其他水源的导水通道, 所以陷落柱突水特别容易造成严重的淹井事故。所以在矿井地质工作中, 必须对陷落柱进行充分的调查研究。
参考文献
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综合探测 篇10
关键词：滑坡,综合物探,瞬变电磁法,探地雷达
0 引言
青岛崂山区东部常年受黄海暖湿气流影响, 导致花岗岩质山体风化严重, 严重威胁着周边社区居民的生命财产安全。2007 年、2011 年返岭前村附近曾两度发生严重的滑坡地质灾害, 给当地政府和居民敲响了警钟。因此, 采用快速有效的探测手段对潜伏滑动面进行调查, 查明其埋深、空间分布情况等, 为后续安全治理提供可靠资料, 具有非常重要的意义。目前, 用于滑坡探测的技术手段主要有地质分析法、钻探法和地球物理探测法[1,2,3], 其中地球物理勘探法包括地震法、电阻率法、电磁法及其他新兴技术方法 ( 如核磁共振法、钻孔电视等) 。地球物理探测法以其无损、高效、精确等优势, 取得了许多成功的应用[3,4,5,6]。然而, 由于滑坡区域地质条件复杂, 以及地球物理方法本身存在多解性等因素, 单一物探方法探测结果的精确度和可靠性不高。因此, 对于滑坡区域滑动面的探测工作, 采用综合物探方法是一套可行的方案。
1 区域地质概况
探测区域属于暖温带季风气候区, 雨量充沛, 同时明显受到黄海的调节作用。据贾永刚、谭长伟等著《青岛市城市工程地质》的研究成果, 区内的泉心河暴发山洪的临界日降水量为100 mm, 重现间隔为2 年~ 3 年[7]。区内地下水分为基岩裂隙水和第四系松散岩孔隙水, 多属于潜水, 局部属浅层微承压水。探测区域地层岩性较简单, 90% 以上面积为岩浆岩。岩体风化带一般较厚, 厚度3 m ~ 15 m。区内多山, 且多呈上陡下缓趋势, 山脚为居民聚集区, 省道212 自北向南穿过山脚, 沿道路两旁有输电线通过。测区内公路为当地主要交通要道, 来往车辆较多。
由图1 可见, 探测区域分为四部分: 滑坡三、已滑滑坡、滑坡一和滑坡二。
2 物探方法可行性及基本原理
2. 1 物探方法的可行性
瞬变电磁法对滑坡滑动面等低阻异常反应较灵敏, 且具有不受地形影响, 探测深度大以及剖面测量和测深工作同时进行等优点[8]。
考虑到滑坡区域复杂陡峭的地形条件, 不宜采用像高密度电法的传统剖面测量方式, 而应采用瞬变电磁法, 通过单点测量方式实现剖面测量与测深测量同步进行, 既很好地克服了上述困难, 保证了探测质量, 同时又提高了工作效率。
探地雷达所采用的高频电磁波对浅层地表岩土体分界面、裂隙和小断层等具有很高的分辨率, 对于滑动面的精细识别具有明显优势。同时, 探地雷达可以弥补瞬变电磁法存在浅层探测盲区的缺陷。因此, 应用瞬变电磁法和探地雷达探测滑坡滑动面的方案具有可行性。下面简单介绍这两种物探方法的基本原理。
2. 2 瞬变电磁法基本原理
瞬变电磁法 ( Transient Electromagnetic Method, 简称TEM) 是利用不接地回线或电极向地下发送脉冲式一次电磁场, 用线圈或接地电极观测由该脉冲电磁场感应的地下涡流产生的二次电磁场的空间和时间分布, 来解决有关地质问题的时间域电磁法[9]。
瞬变电磁法的激励场源主要有两种, 一种是回线形式 ( 或载流线圈) 的磁源, 另一种是接地电极形式的电流源。对于回线形式磁偶源激发的瞬变电磁场, 瞬变电磁场在大地中主要以“烟圈”扩散形式传播 ( 见图2) , 在这一过程中, 电磁能量直接在导电介质中传播而消耗, 由于趋肤效应, 高频部分主要集中在地表附近, 且其分布范围是源下面的局部, 较低频部分传播到深处, 且分布范围逐渐扩大。
2. 3 探地雷达基本原理
探地雷达 ( Ground Penetrating Radar, 简称GPR) , 是利用频率介于106 Hz ~ 109 Hz的电磁波来确定地下介质分布的一种地球物理方法[10]。其基本原理是: 发射天线将高频短脉冲电磁波定向送入地下, 电磁波在传播过程中遇到存在电性差异的地层或目标体就会发生反射和透射, 接收天线收到反射波信号并将其数字化, 然后由电脑以反射波波形的形式记录下来 ( 见图3) 。对所采集的数据进行相应的处理后, 可根据反射波的传播时间、幅度和波形, 判断地下目标体的空间位置、结构及其分布特征。
3 野外测线布置
由于探测区域地形异常陡峭, 不便于开展测线沿山体纵向布置的探测工作, 物探测线走向均按照近似平行于地形等高线的方式来布置。由于版面限制, 本文仅介绍探测区域中已滑坡部分的测线布置方式, 该部分共布设探地雷达测线10 条, 瞬变电磁测线4 条, 测线位置如图4 所示, 测线统计见表1。
探地雷达采用点测方式, 点距0. 1 m, 时窗420 ns, 16 次叠加, 发射率为50 kHz, 仪器为美国GSSI公司Terra SIRch SIR 3000 探地雷达系统; 瞬变电磁法采用中心回线装置, 发射线框采用3 m ×3 m × 8 匝的矩形回线, 接收线框采用探头接收, 采用点测方式, 点距5 m, 时基20 ms, 32 次叠加, 发射电流1 A ~ 3 A, 仪器为IGGETEM30A型瞬变电磁仪。
4 探测成果分析
下面以已滑坡部分的探地雷达测线L3 和瞬变电磁测线T1探测成果为例, 来说明探地雷达法和瞬变电磁法在滑坡探测中综合应用的地质效果。同时, 由已掌握的资料可知, 钻孔ZK4-1 经过测线T1。
由图5 瞬变电磁法视电阻率等值线分布情况可知, 除测线两端各5 m, 深度约10 m以内的视电阻率相对较低, 该层位地层存在一定含水量, 深度约10 m以下地层整体视电阻率普遍较高。由图6 探地雷达伪彩色成果图可知, 深度约13 m处存在明显界面, 界面以上区域幅值变化杂乱无规律, 反映出该区域地层疏松破碎; 界面以下区域幅值较大, 推断为风化程度相对较弱的滑床。对比图5, 图6 探测成果可知, 瞬变电磁法视电阻率陡变的深度位置与探地雷达强反射界面位置具有较一致的物探响应, 通过这两种物探方法, 可以较精确地探测出滑动面的深度位置。
与此同时, 结合图7 可知, 钻孔揭露了全风化花岗岩和强风化花岗岩两种岩性, 全风化花岗岩呈土状, 土体结构中密, 成分主要由长石风化的粘、粉粒等组成, 其含水状况界于饱和与湿润之间; 深度11. 40 m以下为强风化花岗岩, 与上层的全风化花岗岩明显不同。这也验证了瞬变电磁法与探地雷达进行滑坡探测的准确性。综上所述, 瞬变电磁测线T1、探地雷达测线L3 及钻探的成果分析可知, 瞬变电磁法的视电阻率陡变位置、探地雷达法的强反射位置、钻探岩芯岩性分界面之间有较高一致性, 充分说明了瞬变电磁法和探地雷达法综合应用于滑坡探测具有显著的地质效果。
5 结语
采用瞬变电磁与探地雷达的综合探测方法来开展滑坡滑动面探测是可行的。瞬变电磁法能直观反映出地层视电阻率的分布情况, 通过等值线上幅值大小来较精确判定滑动面埋深; 探地雷达高频入射波在电阻率、相对介电常数差异明显的区域产生强烈反射, 据此可推断滑动面位置。通过与地质调查、钻探验证相结合, 进一步提高了综合物探方法应用于滑坡探测的准确度, 既克服了地质分析的精确度不高的问题, 又弥补了钻探“一孔之见”的缺陷, 为工程实践提供了一定的借鉴意义。
参考文献
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