YCS40(A)瞬变电磁仪

矿用瞬变电磁仪YCS40（A）

培训资料

目录

一、仪器的保养、运输和贮存 (1)

二、安全使用与操作规程 (2)

三、仪器的主要性能及指标 (4)

四、理论知识 (5)

五、仪器结构 (9)

六、仪器的工作原理 (10)

七、主要用途及适用范围 (12)

八、仪器主要的优点和缺点 (13)

九、井下施工设计及施工要求 (14)

十一、主机操作 (17)

十二、MTEM软件操作步骤 (19)

十三、Surfer软件操作步骤 (32)

十四、主机及软件主要参数的解释 (45)

十五、售后服务 (47)

十六、其他产品及功能介绍 (48)

一、仪器的保养、运输和贮存

1、仪器的保养

在仪器箱中有仪器的专用电源适配器（充电器），将电源适配器插头插入仪器面板上的充电插座，电源适配器主线端插入交流电源（~220V）。充电过程一开始，电源适配器内置指示灯亮，充电过程完全由电压控制的，一个充电过程大约需要8 个小时。

仪器系统的硬件设施是为恶劣环境下采集地质二次磁场记录数据而设计的，即使机壳采用了保护设计，但是，为了更好地保护仪器，建议在又赃又湿的环境下用塑料薄膜覆盖保护。

清洁仪器及其配件时，不能使用香蕉水、甲苯等腐蚀性溶剂，可以用清水、厨房洗洁精等中性洗涤剂清洗。

在现场清洁系统建议采用如下步骤：

（1）关闭仪器电源；

（2）收起发射和接收二合一线圈，盖好防护罩；

（3）清洗仪器面板及发射和接收二合一线圈，然后将其轻放于箱包中。2、仪器的运输

包装好的瞬变电磁仪在运输过程中严防强烈振动，避免碰撞，防止雨雪淋袭，可适用于水运、陆运及空运等各种运输方式。

3、仪器的贮存

瞬变电磁仪应存放在温度-5℃～+40℃、相对湿度≤90%、周围不应有酸性和其它腐蚀性气体。

二、安全使用与操作规程

YCS40（A）矿用瞬变电磁仪是煤矿使用的本质安全型便携式智能仪器设备。为了保证仪器具有良好的地质构造勘探效果，在现场施工时能够获得良好地质记录，保证仪器的性能和防止由于使用不慎而使仪器损坏，仪器使用和操作人员应该遵守如下操作规程：

1、使用与操作人员在初次使用之前，必须认真仔细地阅读本仪器使用说明书，并严格按照本仪器使用说明书操作。同时，必须严格遵守本说明书 1.9节（仪器安全使用要求）的规范内容。

2、仪器属于精密地质勘探仪器，在现场施工过程中必须尽可能地避开有水淋的地方，避免水和煤灰进入仪器的插头或插座中。插头或插座若不慎进入水和煤灰应该及时清理、晾干后再使用。在现场施工过程中不使用的插座应该盖上防护罩。

3、仪器面板上插座及其配套插头都是精密昂贵的接插件，在现场施工过程中必须严格按照此使用说明书第四章的安装说明接插，严禁强行进行拔插操作。

4、接收和发射二合一线圈是仪器配套的部件，在现场施工时必须正确地安装与使用，做到轻拉轻放，不得磕碰，避免划伤，以免影响其性能或造成损坏。

5、仪器面板的覆盖材料是 PVC 薄膜，较脏时可以水和中性洗涤剂擦洗，不能使用香蕉水、甲苯等其他化学药剂，以免造成面板模糊而影响使用。

6、下井之前必须认真检查仪器是否能够正常工作、仪器内部的电池电量是否充足、需要组件（发射/接收线圈等）是否配齐。

7、接收和发射二合一线圈等部件每次用完需要清理干净，并且整理放置好。

8、与仪器配套的专用电池电源适配器（充电器）不是防爆设备，严禁在具有爆炸性危险场所（如煤矿井下）使用，必须在地面或室内无易燃、易爆和无腐蚀性物体的环境中使用。

9、仪器为本质安全型设备，仪器不得随意拆卸，随意拆卸将会损害其安全性能。若仪器出现故障，请及时与制造商联系。

10、仪器维修时，不得改变本安电路及其有关元器件的电气参数、规格和型号。

11、本安关联产品不得随意更改配置，与仪器配套的专用配件或产品不得

随意更改，否则将可能造成安全隐患或损坏仪器。

12、不使用仪器时，按照本说明书 8.2 节的条件贮存。仪器长期不使用时，要每隔 2~3个月要对仪器充电一次。

13、器属于贵重和精密的设备，无论是在现场还是地面或室内使用，都必须小心轻放和细心使用。

三、仪器的主要性能及指标

本次矿井瞬变电磁法探测仪器为福州华虹智能科技开发有限公司最新生产的YCS40(A)型矿用瞬变电磁仪。该仪器具有抗干扰、轻便、自动化程度高等特点。根据本次探查任务的要求和巷道条件的实际情况，采用2m×2m的多匝数矩形回线装置进行测量。根据勘探任务要求，采用多匝数线框，将线框直立于巷道，并靠近探查异常所在方向侧帮。发射线框和接收线框为匝数不等，且发射线框和接收线框为一体的线框，以便于井下复杂的工作条件。

1、参数

发射频率：125Hz、75Hz、25Hz、8.3Hz；

发射电流：小等于2.5A；

发射额定电压：6V；

叠加次数：32~2048；

采样道数：40道；

存储容量：2048测点；

显示：240*128黑白点阵液晶显示屏；

传输接口：USB；

防护等级：IP54；

2、电源

1、内置2组可充电镍氢电池组；

2、额定工作电压：7.2V；

3、电池容量:9A/H；

4、连续工作时间：>3.2H；

3、工作环境

1、工作温度：0℃~+40℃；

2、相对湿度：45%~95%（在25%时）；

3、大气压力：80~106KPa；

四、理论知识

地球物理勘探的主要工作内容是利用相适应的仪器测量、接收工作区域的各种物理现象的信息，应用有效的处理方法从中提取出需要的信息，并根据岩（矿）体或构造和围岩的物性差异，结合地质条件进行分析，做出地质解释，推断探测对象在地下赋存的位置、大小范围和产状，以及反映相应物性特征的物理量等，作出相应的解释推断的图件。地理物理勘探是地质调查和地质学研究不可缺少的一种手段和方法。

它包括重力勘探、磁法勘探、电法勘探、地震勘探、地温法勘探、核法勘探。

重力勘探地球物理勘探方法之一。是利用组成地壳的各种岩体、矿体间的密度差异所引起的地表的重力加速度值的变化而进行地质勘探的一种方法。

自然界的岩石和矿石具有不同磁性，可以产生各不相同的磁场，它使地球磁场在局部地区发生变化，出现地磁异常。利用仪器发现和研究这些磁异常，进而寻找磁性矿体和研究地质构造的方法称为磁法勘探。

电法勘探是根据岩石和矿石电学性质（如导电性、电化学活动性、电磁感应特性和介电性，即所谓“电性差异”）来找矿和研究地质构造的一种地球物理勘探方法。

地震勘探是利用人工激发的地震波在弹性不同的地层内传播规律来勘探地下的地质情况。

瞬变电磁法或称时间域电磁法(Time domain electromagnetic methods)，简称TEM，它是利用不接地回线或接地线源向地下发射一次脉冲电磁场，在一次脉冲电磁场间歇期间，利用不接地线圈或接地电极观测二次涡流场的方法。

其基本工作方法是：于地面或井下设置通以一定波形电流的发射线圈，从而在其周围空间产生一次磁场，并在地下导电岩矿体中产生感应电流。断电后，感应电流由于热损耗而随时间衰减。衰减过程一般分为早、中和晚期。早期的电磁场相当于频率域中的高频成分，衰减快，趋肤深度小; 而晚期成分则相当于频率域中的低频成分，衰减慢，趋肤深度大。通过测量断电后各个时间段的二次场随时间变化规律，可得到不同深度的地电特征。

基本原理

在导电率为σ、导磁率为

0μ的均匀各向同性大地表面铺设面积为S 的矩形

发射回线，在回线中供以阶跃脉冲电流)(t I ，其中：

()??

?≥<=I 000t t I t （1）

图0 瞬变电磁法工作原理示意图

在电流断开之前，发射电流在回线周围的大地和空间中建立起一个稳定的磁场（如图0所示）。在t=0时刻，将电流突然断开，由该电流产生的磁场也立即消失。一次磁场的这一剧烈变化通过空气和地下导电介质传至回线周围的大地中，并在大地中激发出感应电流以维持发射电流断开之前存在的磁场，使空间的磁场不会即刻消失。由于介质的热损耗，直到将磁场能量消耗完毕为止（见图1）。

图1 瞬变电磁法感应电磁场转换原理示意图

由于电磁场在空气中传播的速度比在导电介质中传播的速度大得多，当一次电流断开时，一次磁场的剧烈变化首先传播到发射回线周围地表各点，因此，最

初激发的感应电流局限于地表。地表各处感应电流的分布也是不均匀的，在紧靠发射回线一次磁场最强的地表处感应电流最强。随着时间的推移，地下的感应电流便逐渐向下、向外扩散，其强度逐渐减弱，分布趋于均匀。研究结果表明，任一时刻地下涡旋电流在地表产生的磁场可以等效为一个水平环状线电流的磁场。在发射电流刚关断时，该环状线电流紧挨发射回线，与发射回线具有相同的形状。随着时间推移，该电流环向下、向外扩散，并逐渐变形为圆电流环。等效电流环象从发射回线中“吹”出来的一系列“烟圈”，因此，人们将地下涡旋电流向下、向外扩散的过程形象地称为“烟圈效应”（如图2所示）。

“烟圈”的半径r 、深度d 的表达式分别为：

(

)2

02/8a t c r +?=σμ （2）

/4πσμt d = （3）

t >0

t=t 3

t=t 2

t=t 1

X

Tx

Z

-Z

图2 瞬变电磁场的烟圈效应

式中a 为发射线圈半径，2

8

2-=

π

c 。当发射线圈半径相对于“烟圈”半径很小

时，可得

47,07.1tan ≈≈=

θθr d

，故“烟圈”将沿

47度倾斜锥面扩散（图2），

其向下传播的速度为：

t

t d v 02πσμ=??=

（4）

从“烟圈效应”的观点看，早期瞬变电磁场是由近地表的感应电流产生的，反映浅部电性分布；晚期瞬变电磁场随时间的变化规律，可以探查大地电性的垂

向变化。

矿井瞬变电磁法

矿井瞬变电磁法基本原理与地面瞬变电磁法一样，采用仪器和测量数据的各种装置形式和时间窗口也相同。由于矿井瞬变电磁法勘探环境的限制，测量线圈大小有限，其勘探深度不如地面深，一般深度在120m左右。地面瞬变电磁法为半空间瞬变响应，这种瞬变响应来自于地表以下半空间地层; 而矿井瞬变电磁法为全空间瞬变响应，这种瞬变响应是来自于回线平面上下（或两侧）地层，这对确定异常体的位置带来困难。实际资料解释中，必须结合具体地质和水文地质情况综合分析。但是，矿井瞬变电磁法与地面瞬变电磁法相比具有以下几个方面的特点：

1）由于井下测量环境不同于地表，不可能采用地表测量时的大线圈（边长大于50m）装置，只能采用边长小于3m的多匝小线框，因此数据采集工作量小，测量设备轻便，工作效率高，成本低；

2）由于采用小线圈测量，点距更密（一般为2~20m），降低体积效应的影响，提高勘探分辨率，特别是横向分辨率；

3）井下测量装置距离异常体更近，大大提高测量信号的信噪比，实际测量结果说明，井下测量信号的强度比地面同样有效面积的相同装置（大于30ms时间段），而地面测量信号在衰减到一定时间段（一般小于15ms）就被干扰信号覆盖，无法识别有用异常信号；

4）地面瞬变电磁法勘探一般只能将线圈平置于地面测量，而井下瞬变电磁法可以将线圈置于巷道底板测量，探查巷道底板下一定深度内含水异常体垂向和横向发育规律，也可以将线圈直立于巷道内，当线圈面垂直巷道掘进前方，可进行超前探查；当线圈面平行于巷道侧面煤层，可探查工作面内和顶、底板一定范围内含水低阻异常体的发育规律；

5）由于瞬变电磁法关断时间的影响，与其它物探方法相比，无法探查到更浅部的异常体。

五、仪器结构

YCS40（A）矿用瞬变电磁仪探测系统是由“井下”和“地面或室内”两大部分组成的。其中，井下部分主要是由 YCS40（A）矿用瞬变电磁仪、发射线圈（简单设备）、接收线圈（简单设备）组成的，井下设备都是本质安全型设计，并且通过了国家煤矿安全机构的防爆性能检测和安全认证。地面或室内部分主要是由 PC 机、P-048B-087150 型仪器电源适配器（充电器）、USB 数据线和二次磁场子波形数据分析与处理软件组成的，其主要功能是对地质二次磁场探波形数据的转储、深度分析处理和形成成果报告文件，地面或室内部分的所有设备严禁在井下工作与使用。

六、仪器的工作原理

YCS40（A）矿用瞬变电磁仪地质探测系统的工作原理分为两大部分，第一部分是现场勘探与处理部分，第二部分是地面或室内深度处理与解释部分。

1、现场勘探与处理部分的工作原理

1、要充分明确所要探测的目的，搜集和研究已有的地质、钻探和物探资料并且进行施工现场实地踏勘；

2、按正确的方法地连接好发射线圈和接收线圈；

3、设计测点/测线并且按测点/测线布置发射线圈；

4、选择合适的探测方法并且正确设置仪器的探测参数；

5、选择合适的发射波形，按施工要求击发被测地质体，此时启动仪器的数据采集系统并且开始采集由接收线圈传递过来的地质二次磁场子信号，采样结束之后屏幕上显示所采集到二次磁场波形；

6、仔细观察与判断屏幕上所显示的二次磁场波形是否符合要求，若不正确要重新采样；

7、保存现场勘探所获得地震波形数据。

2、深度处理与解释部分的工作方法

1、正确地连接好 USB 数据线，以便实现 U盘和仪器物理和电气上通讯连接；

2、用 PC 机读取保存在 U盘中的采样数据文件；

3、选择合适的数据处理与解释软件，对采样数据进行深度分析；

4、将处理与解释结果形式成果报告文件。

3、发射及接收线圈的结构

1、为了得到最佳的耦合效果，发射线圈和接收线圈设计成合二为一的结构。

2、线圈为无框架结构，以适应不同的测试环境。

3、线圈接收的是地质结构感应涡流产生的二次磁场各个“环带”总的效应，来计算地质结构视电阻率（以ρr表示）等，得出煤层、围岩和赋水层的相对差异来做预测。

4、仪器辅助装置的功能结构及其工作原理

YCS40（A）矿用瞬变电磁仪配套的辅助装置有：P-048B-087150 型仪器电

源适配器（充电器）、USB 数据线。

P-048B-087150 型仪器电源适配器是 YCS40（A）矿用瞬变电磁仪专用电源适配器，电源适配器的一端接到仪器的充电插座，另一端直接连接到 220V 民用电源插座上，即可对仪器内的二组电池同时充电。

USB 数据线是 YCS40（A）矿用瞬变电磁仪专用通讯工具，数据线的一端接到仪器的通讯接插口，另一端接到 U盘。

需要注意的是，电源适配器和 USB 数据线没有通过本安型防爆检验和煤矿安全认证，只能在地面或室内使用，严禁在井下使用上述辅助装置。

七、主要用途及适用范围

1、掘进巷道前方富水性超前探测与评价；

2、回采工作面顶板、底板富水性探查与评价；

3、回采工作面老空水探测；

4、封闭不良钻孔，废弃巷道的探查；

5、其它水文异常探测。

八、仪器主要的优点和缺点

1、优点

1、与井下直流电法、地震等物探方法相比，瞬变电磁为非接触式探查技术，因此不受巷道耦合条件影响，适应性广，施工效率高；

2、井下瞬变电磁法勘探可以将线圈置于巷道底板测量，探测巷道底板下一定深度内含水异常体垂向和横向发育规律，也可以将线圈直立于巷道内，当线圈平行且接近巷道掘进前方，可进行巷道超前探查；当线圈平行于巷道侧帮，可探查巷帮内或工作面内低阻异常体发育特征；

3、设备轻便、工作效率高。

2、缺点

1、瞬变电磁方法存在一定“盲区”。（不同性能的仪器以及不同的工作装置盲区范围是不同的，我们的仪器采用的工作装置盲区在15m左右。

2、矿井环境下人文、电磁干扰因素较多：在矿井环境下，由于工作的需要，50HZ 的工频干扰始终存在，除此之外，铁轨、锚杆、锚链网等影响因素不利于瞬变电磁对低阻异常体的信号接收，即“低阻污染”现象，巷道中金属影响程度不同将造成测点间数据不一致性。

九、井下施工设计及施工要求

1、施工设计

瞬变电磁单个测点探测方向示意图

扇形观测系统平面测点布置

2、施工要求

1、掌子面处浮矸石要清除干净，为2m 线框探测提供有效空间；

2、移除一切影响探测的金属器件；

3、保持2m 线框基本形状，与掌子面壁“零距离”有 效耦合；

4、每 一测点按一定方向从左至右或从右至左移动，步 距为0.2m 左右，越小越好，一定要保证有效的数据量。掌子面处探测有效数据点不少于8个；

5、每一测点可以测取三个方向，即顶板 45 度 方向，顺层方向和底板45度方向。测取一点换至下一点，依次测量，保证记录的连续性。中间不要任意调换探测方向或次序，即不要1号测点是顶板、顺层和底板测量，到2号测点时变为底板、顺层和顶板测量，不利于室内数据处理。

半圆形观测系统平面测点布置

U 形观测系统平面测点布置

十、井下记录探测时间

探测地点

探测人物

法相方位角

法相倾角

测点号

废点号

现场情况如测量点附近的钻孔资料；锚杆、锚网或工字钢支护；探测位置有无大型铁器（综掘机、水泵、钻机等），及距探测位置的距离；底板有无大面积积水，顶板有无淋水；有无停电；

受影响的测点号是多少等。

十一、主机操作

1.按开键；

2.按4（记录）键；

3.按2（全清）键；----连续按2或4次。

4.按菜单键；

5.按3（选项键）；

检查仪器界面是不是：1.测点号自动加一；2.数据自动存储；3.千倍开；4定点数制；5.手动采样。如果不是就按相应的数字按键，比如出现3.千倍关，就按3键，就会出现3.千倍开。

6.按菜单键；

7.按1（置参）键；

8.按输入键；

9.按1键；

10.按输入键；

11.按1键；

12.按输入键；

13.按3键；

14.按3和2键；

15.按输入键；

16.按2键；

17.按输入键；

18.按9键；

19.按输入键

20.按2键；

21.按输入键

22.按1和8键；

23.按输入键；

24.按3键；

25.按输入键；

26.按7键；

27.按1和2键；

28.按7键；

29.按输入键；

30.1和8键；

说明：7-30，主要目的是保证

：测线号：1；测点号：1；发送频率：3；叠加次数：32；发送边长：2；发送匝数：9；接收边长：2；接收匝数：18；抑制系数：3；发送电压：7；年月日为当天日期。如果参数和以上相同，可跳过，进行下一项设置。

31.按菜单键；

32.按2键；----连续按4-6次。

33.按菜单键；

34.按2键；

35.按1键；

36.按菜单键；

37.正确摆放线圈，按采样退格键，

38.摆放下一位置的线圈，按采样退格键。

39.……重复38操作，直至探测完毕。

40.按菜单键；

41.按关键。

十二、MTEM软件操作步骤

1.新建文件夹，如下图所示

打开文件夹，建立以下文件夹

2.把瞬变电磁仪主机里的数据，使用USB数据线和U盘导出来，拷贝到电脑，放入1原始数据文件夹，并压缩，把内15m外100m的边界文件复制到1原始数据文件夹如下图所示