[发明专利]一种煤层水射电测量仪

说明书

技术领域

本发明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。

背景技术

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f_max/f_min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，本发明旨在重新设计研制一种煤层射电测水仪。

发明内容

本发明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：