發(fā)布時(shí)間：2018-01-01 17:35

  本文關(guān)鍵詞：基于時(shí)間域電磁法的金屬礦采空區(qū)探測(cè)系統(tǒng)研制　出處：《吉林大學(xué)》2017年碩士論文　論文類型：學(xué)位論文

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【摘要】：隨著經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的提高,國(guó)內(nèi)對(duì)金屬礦產(chǎn)資源的需求日益增大,我國(guó)的金屬礦產(chǎn)資源雖然豐富,但大多數(shù)金屬礦山因?yàn)闅v史原因都存在錯(cuò)綜復(fù)雜的采空區(qū),如果在開采作業(yè)中地下某個(gè)未知的采空區(qū)發(fā)生塌陷,則可能造成重大安全事故。因此采空區(qū)的探測(cè)至關(guān)重要。時(shí)間域電磁法是物探領(lǐng)域一種比較常用的方法,卻并沒有大規(guī)模應(yīng)用在金屬礦采空區(qū)探測(cè)中。為了驗(yàn)證時(shí)間域電磁法是否適用于金屬礦采空區(qū)的探測(cè),本文對(duì)該方法進(jìn)行建模并轉(zhuǎn)換為等效電路進(jìn)行計(jì)算,并通過Ansoft Maxwell 3D軟件構(gòu)造了地下高阻球體異常模型,用來模擬采空區(qū),通過仿真得到感應(yīng)電壓值與測(cè)點(diǎn)位置的關(guān)系曲線。從曲線上可以明顯看出高阻球體異常的存在,證明時(shí)間域電磁法從理論上可以應(yīng)用于金屬礦采空區(qū)探測(cè)�；跁r(shí)間域電磁法的可行性,本文設(shè)計(jì)了一套針對(duì)金屬礦采空區(qū)探測(cè)的系統(tǒng),系統(tǒng)包括發(fā)射模塊、線圈、接收模塊三部分。為了保證儀器的可靠性,對(duì)各個(gè)模塊提出如下參數(shù)要求:發(fā)射模塊在野外條件下能達(dá)到200V發(fā)射電壓,而且發(fā)射時(shí)間、采集時(shí)間等關(guān)鍵參數(shù)可調(diào);線圈尺寸應(yīng)不超過m5m5?;接收模塊的采集精度要達(dá)到20位,采樣率要達(dá)到150k Hz,且該模塊必須具備“采集”、“疊加”、“保存”等功能,采集全程要求波形能在前面板實(shí)時(shí)顯示。系統(tǒng)的發(fā)射模塊根據(jù)功能劃分為參數(shù)設(shè)置、瞬態(tài)大功率電源、大功率H橋、驅(qū)動(dòng)電路、MCU時(shí)序控制等單元,分別對(duì)各個(gè)單元完成設(shè)計(jì)與仿真后進(jìn)行整合,制作出發(fā)射樣機(jī),經(jīng)測(cè)試發(fā)射機(jī)能穩(wěn)定輸出最大200V的雙極性脈沖信號(hào),且脈沖寬度、頻率等關(guān)鍵參數(shù)可通過面板上的旋鈕開關(guān)進(jìn)行調(diào)節(jié)。接收模塊包括硬件和軟件兩個(gè)方面:硬件主要包括信號(hào)調(diào)理電路單元和信號(hào)采集單元,其功能是對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行調(diào)理、采集與保存,并完成AD轉(zhuǎn)換;軟件基于Lab VIEW平臺(tái)采用“生產(chǎn)者-消費(fèi)者”模型進(jìn)行編程,為了減小噪聲的干擾,軟件要將接收到的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行疊加處理,并將疊加后的數(shù)據(jù)以特定文件名存儲(chǔ)于預(yù)設(shè)的路徑中。將軟硬件整合后制作出接收樣機(jī),經(jīng)測(cè)試接收機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定,能以156k Hz采樣率完成4通道采集工作,信噪比112 d B,采集精度24位。在實(shí)驗(yàn)室測(cè)試中儀器各項(xiàng)關(guān)鍵參數(shù)均達(dá)到設(shè)計(jì)要求。為了驗(yàn)證儀器的實(shí)際效果,在河南欒川三道莊鉬礦區(qū)進(jìn)行了野外測(cè)試,在已知地下有采空區(qū)的平臺(tái)上布置一條測(cè)線,用不同的發(fā)射電壓在測(cè)線上進(jìn)行測(cè)量,從反演結(jié)果可以看出接收信號(hào)在已知的采空區(qū)域有明顯下降。對(duì)實(shí)驗(yàn)過程及結(jié)果進(jìn)行分析后,證明本文設(shè)計(jì)的金屬礦采空區(qū)探測(cè)系統(tǒng)在野外探測(cè)中具有較強(qiáng)的功能性與可靠性,可用于對(duì)金屬礦區(qū)地下0-60m的采空區(qū)域進(jìn)行探測(cè),并證實(shí)了金屬礦采空區(qū)的探測(cè)深度與發(fā)射電壓呈正相關(guān)的猜測(cè)。
[Abstract]:With the improvement of the level of economic development, the domestic demand for metal mineral resources is increasing day by day. Although the metal mineral resources in China are rich, most metal mines have complicated goaf because of historical reasons. If an unknown goaf collapses in the mining operation, it may cause a serious safety accident. Therefore, the detection of goaf is very important. Time domain electromagnetic method is a common method in geophysical exploration field. In order to verify whether the time domain electromagnetic method is suitable for the detection of metal mined-out area, the method is modeled and converted to equivalent circuit for calculation. The underground high resistivity spherical anomaly model is constructed by Ansoft Maxwell 3D software to simulate the goaf. The curve of the relationship between the inductive voltage value and the position of the measuring point is obtained by simulation, and the existence of the anomaly of the high resistance sphere can be clearly seen from the curve. It is proved that the time-domain electromagnetic method can be used to detect the goaf in the metal mine theoretically. Based on the feasibility of the time-domain electromagnetic method, a system for detecting the goaf in the metal mine is designed in this paper, which includes the launching module. In order to ensure the reliability of the instrument, the following parameters are required for each module: the transmitting module can reach 200V transmitting voltage in the field condition, and the transmitting time. The acquisition time and other key parameters can be adjusted; Coil size should not exceed m5m5. ; The acquisition accuracy of the receiving module should reach 20 bits and the sampling rate should reach 150 kHz, and the module must have the functions of "acquisition", "superposition", "preservation" and so on. The transmission module of the system can be divided into parameter setting, transient high-power power supply, high-power H-bridge, driving circuit and MCU timing control unit according to the function of the system. After the design and simulation of each unit are completed, the prototype is made. The test transmitter can output the maximum 200 V bipolar pulse signal stably, and the pulse width can be achieved. The frequency and other key parameters can be adjusted by the knob switch on the panel. The receiving module includes hardware and software: the hardware mainly includes signal conditioning circuit unit and signal acquisition unit. Its function is to adjust the received signal, collect and save, and complete AD conversion; The software is based on the Lab VIEW platform and uses the "producer-consumer" model to program. In order to reduce the noise interference, the software needs to superposition the received digital signals. And the superimposed data is stored in the preset path with the specific file name. After the software and hardware integration, the receiving prototype is made, and the test receiver runs stably. It can complete 4-channel acquisition at 156kHz sampling rate with 112dB signal-to-noise ratio (SNR). In order to verify the actual effect of the instrument, field tests were carried out in Sandaozhuang molybdenum mine area, Luanchuan, Henan Province. A measuring line is arranged on a platform with known underground goaf and measured on the line with different emission voltages. From the inversion results, we can see that the received signal in the known goaf domain has a significant decline. The experimental process and results are analyzed. It is proved that the goaf detection system designed in this paper has strong function and reliability in field exploration and can be used to detect the goaf area of 0-60m underground in metal mining area. The prediction of positive correlation between the detection depth and the emission voltage of the goaf is confirmed.
【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：TD17;P631.325

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