定向钻孔雷达天线探测平衡分析与配重优化设计

作     者：李涛涛 许献磊 徐海龙 欧阳兵 王鹏杰 LI Taotao;XU Xianlei;XU Hailong;OUYANG Bing;WANG Pengjie

作者机构：萍乡学院机械电子工程学院江西萍乡337055 中国矿业大学(北京)煤炭资源与安全开采国家重点实验室北京100086 

基　　金：江西省自然科学基金项目(20212BAB214047) 煤炭资源与安全开采国家重点实验室开放课题(SKLCRSM20KFA08) 江西省重点研发计划(20223BBE51011) 

出 版 物：《煤田地质与勘探》 (Coal Geology & Exploration)

年 卷 期：2023年第51卷第6期

页      码：175-184页

摘      要：定向钻孔雷达(Orientated Borehole Ground Penetrating Radar,OBGPR)有效解决了矿井或油井钻孔、工程检测探孔等周边地质情况的定向精细化探测问题。针对深孔中介质多变,雷达天线配重不合理,导致天线下沉时状态难以控制、探测效果不理想的情况,开展定向钻孔雷达探测过程中的天线平衡分析和配重优化设计研究。首先对深孔/井探测中的定向钻孔雷达天线进行平衡状态下的受力分析,在明确不同密度介质条件天线所受重力、浮力的前提下,通过构建钻孔泥浆黏度系数随密度变化模型,数值模拟与试验验证相结合确定雷诺数与阻力系数关系,重点研究雷达天线匀速下沉检测的运动阻力情况。接着开展定向钻孔雷达天线的配重优化设计,形成了配重大小可调节的配重块结构以及不同探测条件下(钻孔直径0.1~0.2 m、介质密度1000~1700 kg/m^(3)、检测速度0.03~0.06 m/s)的配重方案。在此基础上,开展定向钻孔雷达的电塔桩基和大坝坝基质量现场探测试验,以验证天线的配重优化设计结果。对试验过程中的线缆拉力变化情况和雷达探测结果进行分析,结果表明:优化设计出的钻孔雷达天线配重结构和方案满足不同工况条件下天线平稳下沉探测的需求,探测结果能有效得到钻孔周边地质异常区域的方位和尺寸。研究结果可为钻孔雷达实现复杂孔/井中环境下的超深、定向和精细化探测提供技术支撑和指导价值。

主 题 词：定向钻孔雷达 雷达天线 配重结构 动力黏度 平衡分析 

学科分类：0820[工学-航空航天类] 0810[工学-土木类] 080202[080202] 08[工学] 0708[理学-地球物理学类] 0705[理学-地理科学类] 0804[工学-材料学] 0802[工学-机械学] 

核心收录：

D　O　I：10.12363/issn.1001-1986.22.09.0706

馆 藏 号：203122486...