一种煤层水射电测量仪制造技术

一种煤层水射电测量仪，其特征在于，所述的煤层水射电测量仪包括双通道低频和超低频辐射计以及两组双天线组，所述的双通道低频和超低频辐射计，通道一为DICK式宽带总强度辐射计接收机，其3db帯宽为500Hz－6.5MHz；通道二为16通道扫描谐振式全功率辐射计接收机，其16通道扫描谐振回路中心频率为200Hz－1.05MHz；两组双天线组分别为平板天线及铁氧体天线组成的板式双天线组和螺旋天线和铁氧体天线组成的管式双天线组；所述的煤层水射电测量仪还包括A/D变换、显示器记录仪、防爆镍氢可充电池组、DC/DC变换电路及高精密稳压电源。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种煤层水的测量装置，尤其是涉及一种煤层水射电测量仪，利用射电天文学中的射电天文调制、全功率及绝对定标等方法，通过较精确地测定（含水）煤层射电辐射源的辐射強度、方位和法距，可以区分煤层含水量多少，并判定煤层不同部位地下水丰度等。
技术介绍
在我国能源结构中煤炭占70%的比重，随着煤矿采掘深度的增加和开采范围的扩大，瓦斯爆炸、煤岩突出、顶板塌落、煤矿粉尘及矿井地下水的治理任务越来越重。单以矿井地下水防治而言，虽然有地面物探法探水、巷道电阻法测水等方法和手段，但前者只能在地表确定地下含水层大概位置，后者则难以检测开釆工作面前方煤岩层中的含水量，从而并不能从根本上解决煤矿釆煤过程中矿井地下水的预测预报问题。目前，对于煤层水的测量主要采用以下两种方法：1、物理勘探法：利用煤和水一为固体一为液体，对震波和电磁波的反应不同，在地面设置若干个点并通过接收不同点的数据，籍以分析并测定地下的大范围内煤、岩、水的分布情况。这一方法的优点是在地面操作、复盖面广；缺点为难以細分。只能用于大范围地质勘探。2、电阻测试法：利用煤和水不同的电阻率，在地下巷道壁钻孔放置一系列探棒，通过测量不同钻孔点探棒间的电阻，籍以分析并测定巷道壁浅近范围内煤、水的分布情况。这一方法的优点为简单，缺点是操作繁琐（要钻几十至上百个孔并分别测量探棒间的电阻）、非即时性（事后计算分析，难以实时测定），而且除确定巷道壁浅近范围煤、水的分布情况并小范围外推外，难以得到探孔深部特别是巷道前方煤层水的资料。该方法主要用于定点检查。射电天文学中常利用接收天体射电辐射和辐射频谱分析来测量遥远天体的物理特性。射电辐射测量的原理是基于玻尔兹曼定理：P=KT即理想黑体在非绝对零度下，其辐射强度P正比于其绝对温度T，玻尔兹曼常数K=1.38×10－23W/Hz?·°K；对于非理想黑体，P=σKT，式中σ为发射系数，0≤σ≤1，当σ=1即为理想黑体。玻尔兹曼辐射覆盖全部电磁波谱，即从超长波辐射到γ射线辐射或更短。因此，测定出物体的玻尔兹曼辐射强度P并知道其发射系数σ，即可以确定该被测物体的绝对温度T。黄福泉等（CN201010105756.4）提出了一种煤层瓦斯射电频谱测向预警系统，综合利用射电天文方法中的综合性、多通道、高性能的煤层瓦斯射电频谱测向系统实现对五种煤层瓦斯射电辐射信号的接收，测定并记录其辐射温度、相对强度、辐射频谱等参数的变化及形态，籍以间接测定煤层瓦斯压力、辐射形态及其辐射类型，确定其位置，从而指导生产、预警瓦突。然而，煤层瓦斯与水具有不同的物理性质，一为气体一为液体，气体是可以被压缩的，而液体是几乎不可被压缩的；被压缩的气体遇有空隙就会急剧膨胀，正是这种瓦斯气体的膨胀造成煤岩开裂并产生射电辐射，这种辐射可以有较高的电子温度及可在瞬间达到较大强度或形成尖峰辐射；液体的对流及传导使其温度容易达到一致，因而其射电辐射本质上是一种缓变的稳态辐射；显而易见，两者的射电辐射具有显著不同的特性。如何测量含水煤层的射电辐射，并利用射电辐射分析测量煤层中的水，需考虑以下因素：首先，液体的射电辐射几乎不存在尖峰辐射；其次，煤层水的辐射强度低于煤层瓦斯射电辐射强度，因而需要更高的整机增益、更高的灵敏度、更高的整机增益稳定性及更强大的积分性能；第三，迄今为止没有对煤层水射电辐射特性的报导，为实现测量目的不得不大大扩展接收的频带范围，全功率系统接收频带的fmax/fmin由40扩展到500，量变引起质变，从而大大地增加了难度；最后包括由此带来的结构及电路上的带根本性的更改变动。为实现煤层水的射电测量，本专利技术旨在重新设计研制一种煤层射电测水仪。
技术实现思路
本专利技术目的是为克服上述现有技术在煤层水测量上所存在的不足之处，利用射电天文学方法，包括射电天文上调制、全功率及绝对定标等方法，提供一种煤层水射电测量仪，它是一种多通道多传感单元的煤层水射电测量分析系统，通过测定煤层水作为射电辐射源的辐射温度、相对強度及辐射源方位和极化等参数，籍以测量煤岩层中水富集区的方位及丰度等。不同于煤层瓦斯的射电辐射测定，煤层水射电测量基于以下原理：煤和水物理形态不同(一为固体一为液体)，因而除比重、比热、声传播速率不同以外，至少还有4个与射电辐射相关的物理常数不同，且有较大的差距：发射系数σ不同，煤是黑色物体，故σ接近于1，随煤质不同（无烟煤、烟煤、褐煤）约为0.6-0.9之间，而水则小于0.5；介电常数ε不同，硬煤约为2-3，纯水则为81；电阻率ρ不同，碳约为1-100Ω·cm，石墨约1-10Ω·cm，煤约10-100Ω·cm，纯水则要大得多，但普通水中通常溶有多种盐分，故电阻率要小得多，通常普通水的电阻率小于煤；暂态温度t不同，水由于是液体具有对流作用，温度传导较固体的煤要快得多，煤层水由于其流动性因而其温度并不与煤层完全相同，特别是雪山溶化而成的雪水流经煤层时其温度显然低于煤层，而流经倾斜煤层的地下水因其流动性其温度也不会与流经煤层完全相同，存在着温度梯度Δt。这4个物理常数的不同，便是利用射电辐射方法测量煤层水的基本依据。用射电辐射方法测量煤层水的基本仪器就是射电辐射计。由于煤层和煤层水对电磁波的吸收随电磁波的频率升高而急剧升高，所以能被接收到的玻尔兹曼辐射的电磁波主要是低频和超低频分量，所以，简而言之，本专利技术的测量煤层水的射电辐射计是一种低频和超低频辐射计。本专利技术采用以下技术方案：一种煤层水射电测量仪，其特征在于，所述的煤层水射电测量仪包括双通道低频和超低频辐射计以及两组双天线组，所述的双通道低频和超低频辐射计，通道一为DICK式宽带总强度辐射计接收机，其3db帯宽为500Hz～6.5MHz；通道二为16通道扫描谐振式全功率辐射计接收机，其16通道扫描谐振回路中心频率为200Hz～1.05MHz；两组双天线组分别为平板天线及铁氧体天线组成的板式双天线组和螺旋天线和铁氧体天线组成的管式双天线组；所述的煤层水射电测量仪还包括A/D变换、数字显示及记录仪、防爆镍氢可充电池组、DC/DC变换电路及高精密稳压电源。所述的煤层水射电测量仪中，除天线组以外均各自以双层镀银外壳密闭屏蔽后共置于开有镀金属膜玻璃窗口的防滴式密封金属外壳内，天线组则以阻燃防爆电缆通过密封接头引入防滴密封金属外壳。本专利技术的射电辐射计可以测出煤和水的辐射强度，并通过煤和水的不同的发射系数σ来测出煤和水的不同的暂态温度t。通过对射电辐射计的接收机绝对定标、天线口面绝对定标、干燥煤和地下水的标定等，可以区分煤层中的煤含水量多少，可以判定煤层不同部位地下水丰度等。所述的煤层水射电测量仪中，通道一用于强度较低的、比较稳定的宽频带煤层水射电辐射的测定，通道二用于强度较高的、不同频率辐射强度差别较大的煤层水射电辐射强度的测定，并可相互比对以减少虚警及误判。煤层含水量不同其等效电阻率ρ亦不同，从而对射电辐射的吸收也不同，左右转动平板天线时不同方位的辐射强度就代表着其辐射和吸收的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种煤层水射电测量仪，其特征在于，所述的煤层水射电测量仪包括双通道低频和超低频辐射计以及两组双天线组，所述的双通道低频和超低频辐射计，通道一为DICK式宽带总强度辐射计接收机，其3db帯宽为500Hz～6.5MHz；通道二为16通道扫描谐振式全功率辐射计接收机，其16通道扫描谐振回路中心频率为200Hz～1.05MHz；两组双天线组分别为平板天线及铁氧体天线组成的板式双天线组和螺旋天线和铁氧体天线组成的管式双天线组；所述的煤层水射电测量仪还包括A/D变换、数字显示及记录仪、防爆镍氢可充电池组、DC/DC变换电路及高精密稳压电源。

【技术特征摘要】
1.一种煤层水射电测量仪，其特征在于，所述的煤层水射电测量仪包括双通道低频和超低频辐射计以及两组双天线组，所述的双通道低频和超低频辐射计，通道一为DICK式宽带总强度辐射计接收机，其3db帯宽为500Hz～6.5MHz；通道二为16通道扫描谐振式全功率辐射计接收机，其16通道扫描谐振回路中心频率为200Hz～1.05MHz；两组双天线组分别为平板天线及铁氧体天线组成的板式双天线组和螺旋天线和铁氧体天线组成的管式双天线组；所述的煤层水射电测量仪还包括A/D变换、数字显示及记录仪、防爆镍氢可充电池组、DC/DC变换电路及高精密稳压电源。
2.根据权利要求1所述的煤层水射电测量仪，其特征在于，所述的板式双天线组由0.5米见方的平板天线及0.4米长的16分段铁氧体天线组成，铁氧体天线平行安装于平板天线边框上方，两者可在天线座架上作水平或俯仰旋转；所述的平板天线为置于低损耗介质扁平方盒内、高ε介质粉包复的、电感加载的准对数周期平面天线，其天线主瓣垂直于天线平面；所述的铁氧体天线为16分组线圈绕制在40cm长铁氧体棒上，16根组合同轴电缆引出，由单片机控制调谐电容进行调谐选频；天线方向图为8字形。
3.根据权利要求1所述的煤层水射电测量仪，其特征在于，所述的管式双天线组由螺旋天线及分段绕制铁氧体天线组成，铁氧体天线和螺旋天线同轴并安装于长螺旋天线后端，两者均置于低损耗介质空心圆管内。
4.根据权利要求3所述的煤层水射电测量仪，其特征在于，所述的螺旋天线为置于低损耗介质圆管前端、由高ε介质粉包复的大长径比1M螺旋天线，其天线主瓣指向前方；所述的铁氧体天线置于低损耗介质圆管后端，16分组线圈绕制在60cm长铁氧体棒上，16根组合同轴电缆引出，由单片机控制调谐电容进行调谐选频，天线方向图为8字形。
5.根据权利要求1所述的煤层水射电测量仪，其特征在于，所述的DICK式宽带总强度辐射计接收机，包括天线接入口，平板天线和螺旋天线的信号经天线接入口和终端负载接入三端调制器，方波调制后的天线信号接入宽带低噪音前置放大器，经放大后接可调低通滤波器滤掉高频成分后，经过5或10db衰减器隔离后接入3频点带阻滤波器，经10KHz、15KHz及100KHz帯阻抑制后的调制天线信号再连接缓冲放大器放大以弥补带阻损耗，其后连接边沿抖动切除电路切除波形抖动后送入主放大器，放大后进入低温漂检波器检波，检出的代表天线信号强弱的超低频方波调制信号送入直流前置放大器，经放大及调整零电平后通过大容量隔直电容送入低频解调后端；低频解调后端包括信号通路及调制方波发生路；信号通路依次包括主积分同步积分器、双相相位...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄福泉，黄旸，
申请(专利权)人：黄福泉，黄旸，
类型：发明
国别省市：