基于高分辨大线检测器的设计研究

吕 琦，张 佳，朱永刚，赵 维，刘安宁

（1.中煤科工集团西安研究院，陕西西安 710077；2.长安大学，陕西西安 710054）

0 概述

矿井水害是煤矿的主要灾害之一，随着开采水平的延伸和开采范围的扩大，水文地质条件更为复杂，受水害威胁的程度也就更为严重。YD32（A）高分辨电法仪具有很强的预测、预报水害发生的能力，在矿井中得到了广泛的应用。高分辨电法仪在操作上采用一次性布置32根接收电极，一次性完成发射和接收，极大地减轻了施工强度，缩短了勘察时间。但是矿井下恶劣的环境极易导致接收大线32道传感器损坏，造成接收数据错误。而在通常情况下，仪器的使用者由于缺少检测工具，常将工作正常的接收大线主观判断为传感器损坏，需要返厂维修。以往若要检验接收大线，通常采用万用表的通断档位测量，该方法是将接收大线全部拉直摊开，用万用表的一根表笔连接32芯防爆井下航空头（1—32）号，另一根表笔分别连接32个传感器，判断线缆内部导线是否受到损坏。但是由于高分辨接收大线全长66米，一般需要两到三人摊开大线完成检测，费时，费力，并且对场地的长度要求较高。在经济和时间上都造成了浪费。YD32（A）高分辨电法仪接收大线检测器，是一种应用于判断高分辨电法仪接收大线好坏，检测主机是否正常的简单、高效，快捷的检测工具。接收大线检测器的使用，能为仪器的使用者提供一种简单、有效的自我检测接收大线好坏的方法和工具；能为售后服务人员提供一种智能的、快捷及可靠的维修工具。

1 高分辨电法仪接收大线检测器的研制及工作原理

1.1 工作原理

接收大线检测器，是将大线的32芯防爆井下航空头与检测器的32芯防爆井下航空座相连，用检测器上的高精密传感器专用夹子头连接大线的传感器，选择检测器上的开关。检测时，如果蜂鸣器鸣叫，说明该号码的传感器与检测器构成了回路，蜂鸣器加电工作，表示此道传感器正常，无需维修，如果不鸣叫，说明此道传感器损坏，需打开维修。其原理图如图1所示。

图1 检测器硬件构成

1.2 组成

YD32（A）接收大线检测器的重要组成部分是：一个32芯防爆井下航空座、一个报警单元（SFM42—11、6V—24V高音量蜂鸣器）、三个11位的波段开关、一个高精密传感器专用夹子、另外还有一个供电单元为整个电路提供一个直流12V的电压。高分辨接收大线检测器的开关功能定义如下：

开关1：负责选择A档位或选择B档位。A档位控制检测1—16号传感器，B档位控制检测17—32号传感器。

开关2：开关2共有11位，当开关1选择A档位时，开关2负责控制检测1—10号传感器。当开关1选择B档位时，开关2负责控制检测17--26号传感器.

开关3：开关3共有11位，当开关1选择A档位时，开关2选择中控档位时，开关3负责控制11—16号传感器。当开关1选择B档位时，开关2选择中控档位时，开关3负责控制27—32号传感器。由于传感器内部是短接的，所以检测器上的传感器夹子也需要短接。

1.3 供电单元

接收大线检测器的供电单元，是由一块封装形式为3串，额定容量为5Ah的电池和保护电路构成。其输出电压范围为9V--13V，最大短路保护电流为5A。由于煤矿工作时间不确定性和工作环境的特殊性，仪器在充电时常常无人看守，考虑到安全因素，在供电部分设计保护电路，其电池保护电路是由一片型号为MM1414的集成电路来实现的。如图2所示。通过MM1414的使用，在对Gl6S锰酸锂电池进行充、放电时无需人员值守，可节约人力成本，并降低了电池后期维护和保养的成本，同时也延长了电池的使用寿命。

图2 供电保护电路

该IC芯片是用以保护锂离子电池组的三到四个单体电池，它采用一个紧凑型封装，具有过充电检测，过放电检测和过流检测功能。与以往机型相比可在外部设定死区时间。MM1414参数如表所示。

表2 MM1414参数

MM1414管脚定义如表3所示

表3 MM1414管脚定义

2 应用实例

在山西晋中灵石县煤矿进行的超前探测施工中，在对采集到的数据进行分析时，发现第12道数据出现异常，随即进行重新采集，但问题依然存在。当时怀疑主机损坏，需要返厂维修。

维修人员使用了高分辨电法仪接收大线检测器，对接收大线进行检测。但由于接收大线过长且标号不清，无法识别，所以维修人员采用的是逐一排查的方法进行检查。首先将高分辨接收大线的航空头固定在检测器的航空座上，检测器的高精密传感器夹子与接收大线的1—32号传感器中的任意传感器相连接。将开关一选择在A档位上，再将开关2，从1—10号档位逐一选择，如没有听到蜂鸣器鸣叫，则将开关2选择在中控档位，并将开关3，从11—16号档位逐一选择。如果未听见蜂鸣器鸣叫，将开关1选择在B档位，将开关3从32—27号档位逐一退回，如还未听见蜂鸣器鸣叫，最后将开关2从26—17号档位逐一退回。直到蜂鸣器鸣叫为止，记录检测器上号码，标注接收大线号码。如有一路传感器始终未鸣叫，则说明该路传感器损坏。

利用这种排查方法，维修人员很快的就发现12号传感器始终未鸣叫，所以说明该条高分辨接收大线第12道传感器损坏，仪器主机正常。

平顶山天安煤业七矿有限责任公司，送修的高分辨电法仪，送修原因是10号和32号传感器检测损坏。

维修人员对接收大线进行检测，首先检测10号传感器，将高分辨接收大线的航空头固定在检测器的航空座上，让检测器上的高精密传感器夹子与大线10号传感器相连接，构成回路，将开关1选择在A档位上，将开关2选择在10号档位上，蜂鸣器鸣叫，说明10号传感器正常。其次检测32号传感器，将检测器的高精密传感器夹子与大线32号传感器相连接，构成回路，将开关1选择在B档位上，将开关2选择在中控档位，将开关3选择在32号档位上，蜂鸣器鸣叫，说明32号传感器正常。因此判断仪器主机受损，需要维修主机。

以上两个实例说明，通过应用高分辨电法仪接收大线检测器，对接收大线或仪器进行判断时，能准确的区分出导致数据异常的原因，缩短维修时间并为客户节约了维修成本。

图3 实体图

3 结论

通过在维修实验中的应用说明，YD32（A）高分辨电法仪接收大线检测器的研制，克服了传统检测与维修中需要参加检测的人员众多的问题，并大大提高了工作效率，降低了成本以及解决了对场地的长度要求较高等客观问题。携带轻便、操作简单。也可以作为高分辨电法仪的配套附件，配备正在使用YD32（A）高分辨电法仪的煤矿企业中，可在不拆机的情况下排查造成丢点，漏测的真实原因。

该检测器目前还有有待改进之处：实现井下防爆，在井下施工现场使用；提高智能化程度。实现其与主机相连，只需一键式触摸检测，自动寻找主机故障以汉字显示提醒。

[1]高致宏，王信文，何继宾，闫述.《电法超前探测技术与矿井含水构造精细探测》，2001.9

[2]刘国栋.《电磁法及电法仪器的新进展和应用》.石油地球物理勘探，2004，39

[3]刘国栋.《矿产资源调查的物探方法和仪器设备》.物探与化探，第31卷增刊，2007年10月

[4]裴克选.《常用电法勘探技术的原理及其应用举例》.科技创新导报，2010 NO.19

[5]夏祥瑞.《当今物探仪器的发展趋势》.物探装备，2000年6月