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《YTR(D)瑞利波探测仪使用说明书》前言MA安全标志编号：XXXXXXXXExibI防爆证号:XXXXXXX煤炭科学研究总院西安分院XI’ANBRANCHOFCHINACOALRESEARCHINSTITUTE通过ISO9001:2000国际质量认证产品执行企业标准：Q/MKYX037-2005YTR(D)瑞利波探测仪文件编码：MYXZ-JS-142/4RayleighWaveSeismograph使用说明书王有杰编写丛皖平审核煤炭科学研究总院西安分院i安装、使用仪器设备前,请详细阅读使用说明书！颁布日期：2005年5月10日《YTR(D)瑞利波探测仪使用说明书》前言瑞利波探测技术是国家“七五”科技攻关项目荣获：煤炭部科技进步二等奖北京国际发明展览会铜奖93年国家级新产品96年煤炭部重点推广的科技成果98年煤炭部推广应用三等奖YTR(D)瑞利波探测仪照片煤炭科学研究总院西安分院ii煤炭科学研究总院西安分院YTR(D)瑞利波探测仪使用说明书第1页共20页第一章概述1.1产品特点YTR(D)瑞利波探测仪结构紧凑，性能稳定，体积小，重量轻，外形美观大方，操作使用简洁方便。在煤矿生产过程中，查清掘进面前方地质小构造，特别是断层、老窑、岩溶等灾害性构造情况，直接关系到煤矿安全生产以及经济效益和社会效益，甚至威胁井下人员的生命安全。国内外近年来对煤矿井下地质小构造探测问题进行了大量研究，现有的可用于煤矿井下地质小构造的物探技术主要有瞬态瑞利波法、槽波地震法、坑道无线电透视、矿井地质雷达及井下直流电法等。经本课题组十多年来的研究及大量的工业性试验表明，瞬态瑞利波探测技术具有仪器体积小，重量轻，易于进行本质安全型防爆，且该方法所需施工场地小，抗干扰（特别是抗电磁干扰）能力强，探测经济方便等优点。新产品就要有新技术，在2005年最新研制的YTR(D)瑞利波探测仪中，设计采用了24位ADC、嵌入式PC/104工业控制机、EPLD及FPGA等先进技术，形成了一个高性能的硬件数据采集系统，具有实用性、先进性和新颖性，为进一步解决瞬态瑞利波探测技术中的多分量数据采集问题、提取有效瑞利波信号而采取的极化滤波手段、瑞利波层速度分析、进行瑞利波正反演地震模型计算奠定了良好的基础。数据采集控制程序是在Windows环境下。显示部分采用了6.4″640×480大屏幕高分辨率彩色STN液晶平板显示器，数据采集波形及处理结果显示十分直观，同时对接收各地震道单分量或多分量的波形可进行时域/频域曲线、AGC放大等显示方式的切换。仪器实现了无键盘操作，通过面板上的鼠标，可方便地控制和设置仪器各项工作参数、输入施工参数和完成数据采集操作过程。仪器中的数据文件管理采用WINDOWS98中的文件管理方式，可以很方便地实现文件的存贮、删除、移动、显示等功能，通信采用了计算机USB口，使仪器的实用性大大提高。1.2主要用途及适用范围瑞利波勘探技术具有广泛的应用前景，采用瑞利波探测技术这一手段，可以为地质专家解决煤矿井下超前探测掘进面前方或巷道的顶底板、巷道两邦的一定煤炭科学研究总院西安分院YTR(D)瑞利波探测仪使用说明书第2页共20页范围内的煤层、岩层的厚度及其小构造的情况。在煤矿井下只需3-4人即可开展地质情况勘探。该仪器也可应用于地面工程勘探中，探测地表以下0～80M浅层构造，如建筑地基、水坝堤防、高速公路和铁路路基等许多领域,具有数据处理简单，成果直观等特点。瑞利波探测技术是我院根据国家“七·五”科技攻关项目“瑞利波探测技术研究”，于1991年研制成功并首次用于煤矿井下的防爆型MRD-I型瑞利波探测仪。根据煤矿井下实际工作特点，在广泛听取了煤矿生产现场技术人员的意见的基础上，于1993年又研制成功“MRD-II型瑞利波探测仪”和相应的计算机数据处理软件系统。比较满意地解决了煤矿井下长期未能解决的巷道四周构造探测，特别是掘进前方超前探测的问题，为矿山生产的部署，瓦斯、水患等灾情预报和治理提供了一种高效、适用的手段。MRD-II型瑞利波探测仪在94年被列为煤炭工业部“八·五”期间100个重点推广技术之一，1996年煤炭工业部又将该仪器确定为重点推广的八项科技成果之一，目前仍在推广使用。MRD-II型瑞利波探测仪在我国四川、湖南、河北、河南、山西、重庆、山东、安徽、贵州、宁夏、广东、陕西等省六十多个局、矿推广使用表明，该项技术在煤矿井下地质构造探测方面发挥了重要作用，解决了不少地质上的难题，不仅多出了煤，而且节省了大量的资金，对矿山安全生产及高产、高效有着广阔的应用前景。1.3产品规格与分类1.3.1防爆类型YTR(D)瑞利波探测仪为煤矿用本质安全型设备，防爆标志为“ExibI”。1.3.2防爆性能经国家防爆检验部门审查检验合格，取得检验部门发放的“防爆检验合格证”及矿用产品安全标志办公室发放的“煤矿矿用产品安全标志证书”。1.3.3产品组成与关联表1瑞利波探测仪成套整机明细序号产品型号及名称使用环境防爆型式安标证编号1YTRZ(D)瑞利波探测仪主机煤矿井下本质安全2GZD(D)震动传感器煤矿井下本质安全3YTRZ(D)瑞利波探测仪充电机井上不防爆无煤炭科学研究总院西安分院YTR(D)瑞利波探测仪使用说明书第3页共20页1.3.4产品使用方式产品使用方式为便携式仪器。1.3.5工作时间充足电后，连续工作时间不小于2h。1.4产品使用环境条件YTR(D)瑞利波探测仪在下列条件中应能正常工作：a.环境温度为0℃～40℃；b.相对湿度不超过95%（25℃）；c.大气压为80kPa～106kPa；d.允许在甲烷和煤尘，但无破坏绝缘的腐蚀性气体的场合中使用；e.在无剧烈振动和冲击的地方使用。1.5外形尺寸及重量YTRZ(D)瑞利波探测仪主机外形尺寸及重量：外形尺寸：240mm×199mm×165mm（长×宽×高）。重量：9kgGZD(D)震动传感器外形尺寸及重量：外形尺寸：55mm×60mm(直径×高)重量：单只传感器重量约0.7kg（含线重量）煤炭科学研究总院西安分院YTR(D)瑞利波探测仪使用说明书第5页共20页第一章工作原理2.1瑞利波探测技术概况瑞利波探测法是近年来工程地震勘探兴起的方法之一。瑞利波的存在是1887年由英国物理学家瑞利（Rayleigh）在理论上确定的。因技术条件所限，直到六十年代后期，随着数字计算机在地球物理勘探领域中的应用，对瑞利波频散特性的研究有了较大发展。八十年代初日本人佐藤以瑞利面波传播特征为基础，研制成功了利用稳态激振法的GR—810佐藤式全自动地下勘探机，目前美国和其他一些国家也在使用瑞利波法，并在工程地质勘探中的许多领域应用。瑞利波探测技术是通过采集人工地震波所携带的地下信息来分析地层结构，目前有两种方法，一种是面波变频探测法，亦称稳态法，其基本思想是利用某一波长的瑞利波相速度来表征深度小于该波长一半（λ/2）的地层平均剪切波速度（用VR－λ/2曲线表示），改变激振器的频率从而得到不同波长的瑞利波，当曲线形态发生异常，在曲线异常处的深度上就可能存在地质异常体或岩性界面。这种方法由于激振器较笨重，在某些工程场地使用困难，特别是煤矿井下无法采用。另一种方法是面波频谱分析法，也叫瞬态法，它是由震源产生一定带宽的脉冲，通过测线上相距震源不同距离的两个接收传感器，把信号采集到瑞利波仪的记录中，利用FFT（快速付里叶变换）和频谱分析技术，通过相干函数的互功率谱相位展开谱，从而得到两个记录信号在不同频率下瑞利波在传播过程中由于时滞而产生的相位差，根据两路不同频率信号的相位差就可计算出传播时间和速度。由A，B两点的已知距离，便可求得不同频率瑞利波的相速度，同时由此得到该点的频散曲线。由于瞬态法在理论上考虑了层状介质中瑞利波的传播理论，其探测精度高于稳态法。2.2系统组成YTRZ（A）瑞利波探测系统是由“井下”和“室内”两部分组成，“井下部分”是由YTRZ（A）瑞利波探测仪箱体和六个加速度传感器组成，井下设备均为本质安全型设计，并通过了行业相应机构的防爆性能检测。“室内部分”是由微型计算机（主频2GH以上）、打印机、电源单元专用充电机和资料分析及处理软件组成，构成了一个完整的数据采集与信号分析处理系统，其任务是把施工勘探数据采集后以数字量形式进行计算、显示、存贮、通信、处理分析和打印成图。煤炭科学研究总院西安分院YTR(D)瑞利波探测仪使用说明书第6页共20页第三章产品技术特性3.1技术性能输入信号道：6CH最大输入信号：≥8Vp-p信号输入频率：0～500Hz；传感器：幅频响应：10Hz～1000Hz（相对误差≤5％）；输出电压范围：≤5V电源：锂离子电池组，具有过压、过流、欠压的保护功能。外型尺寸：240mm×199mm×165mm；重量：5kg；防爆形式：矿用本质安全型，防爆标志为ibI(150OC)；工作温度：0℃～+40℃；存贮温度：-20℃～+55℃。3.2面板说明YTR(D)探测仪面板示意图如图3-1所示：图3-1.YTR(D)瑞利波探测仪面板示意图煤炭科学研究总院西安分院YTR(D)瑞利波探测仪使用说明书第7页共20页YTR(D)瑞利波探测仪面板说明：*1——显示器；*2——鼠标；*传感器Ⅰ——加速度传感器输入插座Ⅰ；*传感器Ⅱ——加速度传感器输入插座Ⅱ；*触发/USB——触发传感器输入插座和USB插口；*充电——电池充电输入插座；*开——用于开启系统电源；*关——用于关闭整机电源；*MA——矿用设备安全标志准用证；*ExibI——防爆标志。3.3资料处理与解释为了便于用户在施工现场就能了解当前的勘探结果，数据采集系统提供了结果预览功能，在每一个测点采集数据完成后，控制程序自动进入结果预揽，将该测点采集到的所有炮（根据设置）的探测结果显示在液晶屏上。整个过程十分简单。如果采用测线连续测点勘探方式施工，在采集多个测点后或一条测线完成后，可用仪器上的测线预揽功能,为用户提供整条测线的瑞利波剖面图，由于是现场实时采集后的结果预览，没有经过必要的数据处理和信号增强处理，其预览结果仅供用户参考，不作为正式资料提供，希望用户在实际使用过程中了解这一点。施工现场的放炮记录文件被存入探测仪箱中的存贮体上，回到室内后把通信电缆与仪器面板上的通信插座连接，并将仪器所配置的U盘插入U盘接口，打开仪器电源，执行“通讯”命令后，放炮记录即可通过U盘拷贝到台式计算机中。通过我们设计开发的“瑞利波资料处理软件”进行数据处理，得出分散曲线和深度曲线，并可打印单个曲线和地质剖面图。在数据分析处理过程中，采用了增强有效信号，压制干扰信号，提高信噪比等手段，使地质异常点能够清晰在深度曲线上表现出来。如果采用测线连续测点勘探方式施工，在资料处理完成后，经瑞利波成图软件图形处理，可为用户提供每条测线的瑞利波剖面图,如果结合地质资料绘制推断性的地质剖面附在瑞利波剖面图上，则可构成瑞利波地质剖面图。此章节详细内容请阅读《瑞利波资料处理系统操作手册》。第8页共20页煤炭科学研究总院西安分院YTR(A)瑞利波探测仪使用说明书第四章施工方法及技术YTR(D)瑞利波探测仪采用了瞬态法瑞利波勘探方法，仪器具有防爆性能，既可以应用于矿井地质构造勘探，又可以应用于地面工程勘探。瞬态法瑞利波勘探的工作过程是在放炮点上产生一个瞬态冲击振动作为震源，该震源产生一定频率范围的瑞利波，不同频率和振幅的瑞利波叠加在一起向前传播，在距震源x处的测线上，采用纵观测系统，即震源和传感器排列在一条直线上，以道间距为x安置有两个或两个以上单分量加速度传感器，对于布置传感器的道间距x，理论上讲x越大，所接收瑞利波频谱的低频成分越丰富，对加大勘探深度非常有利。如果x太小，所接收的各道信号就没有足够的相位差，从而无法保证资料处理。由于施工现场条件限制，应视施工现场场地大小来决定x，在通常情况下，道间距x布置约为100cm左右。震源激发点距第一个传感器x也布置约100cm左右,如图4-1所示。图4-1.施工布置示意图实际上在整个施工过程中应包括：踏勘、布置测线、在测线上激发（放炮）并采集数据、