矿井瞬变电磁不同发射线圈探测效果研究_张军
YCS2000矿用瞬变电磁仪-张军
YCS2000 矿用瞬变电磁仪
YCS2000 矿用瞬变电磁仪是煤矿井下探测含(导)水地质小构造而设计制造的本质安全电磁法勘探仪器。
该仪器采用当前最新的电子技术，极大的提高了仪器的抗干扰能力和测量精度。
中煤科工集团西安研究院
主要配置
主机：YCS200-Z 矿用瞬变电磁仪主机
发射装置：专用发射线圈
发射线框框架
接收探头：YCS-T 矿用瞬变电磁仪接收天线
软件：瞬变电磁解释软件 主要技术参数 探头等效面积：450m
2或1800m 2 叠加次数：10000次 发射电压：6.5V 发射电流：3A 发射频率：2.5Hz 、6.25Hz 、12.5Hz 、25Hz 图为掘进头超前探测视电阻率剖面图，探测深度大于120米，可以看到在两个低阻异常中间的高阻层位上，相对中心略偏左的位置有一相对低阻，是两个低阻异常沟通的通道。
瞬变电磁法在矿井超前探测中的应用及研究
图 ６ 顶 板 方 向视 电 阻 率等 值 线 图
总体分 析这 三个 方 向对应 的视 电 阻率等 值线
图可知 ，迎头正前方 ５ ～ ０ ０ ９ ｍ范围内存在相对低
阻异 常 区 ，巷道 迎头 左前 方 和右前 方也 存在 低 阻
异 常 区 ， 已掌握 的相 关水 文地 质资 料分 析可 知 ， 从 本 次探 测 的低阻 异 常区为采 空积 水 区 的反应 。经
潘利 洵 ， 等
瞬变 电磁法 在矿 井超前 探 测 中的应用 及研 究
７
横向探测 深度， ｍ
图 ５ 顺层方 向视电阻率等值线 图
图 ３ 超 前 探 测体 积 示 意 图
３ 仪器 及 参数 设 置
本 次 探 测 采 用 的 是 劳 累 公 司 生 产 的
Ｔ ￣ Ｔ Ｍ 瞬 变 电磁 仪 ， 参 数 设 置 ： 置类 型 为 ｅ ａＥ 其 装
图 １ 超 前 探 测 测点 布 置 示 意 图
在 实 际 工作 过 程 中对 于 图 １中的 每 个 发 射 点， 可调 整天线 的法线 与巷道 底板 的夹角 大小 ， 以
探 测巷 道顶板 、 顺层 和底板 方 向的围岩变 化情 况 ，
其 探测 方 向如 图 ２所示 。这样 可得 到位 于巷道 迎 头 前 方 一 个 锥 体 范 围 内地 层 介 质 的 电性 变 化情
［ 摘
要 ］ 根据 某矿 回风巷 １０ Ｉ 头 处沿底板 、 ５２Ｉ 迎 Ｔ 顺层 和顶 板 三个 方向对 采 空积水 区进 行超 前探 测 ， 结果 表 明 ： 变电磁 法全 空 间探 测技 术 能有 效探 测 采 空 区积水 区 ， 瞬 从视 电 阻 率等值 线 的变化情 况和视 电阻率 的相对 大 小 ，可更为 直观 的确 定含 水 采 空 区的 位置及埋 深情 况 。 ［ 关键 词 ］ 瞬 变电磁 法 ； 前探 测 ； 电 阻率 ； 超 视 响应特征 ［ 图分 类号 ］Ｐ ３． ２ ［ 中 ６１３ ５ 文献标 识码 ］Ｂ ［ 文章 编号 ］１７ － ４ （ １）６ ０一２ ６２９ ３ ０００ ０６Ｏ ９ ２
瞬变电磁法在煤矿井下探测中应用
浅谈瞬变电磁法在煤矿井下探测中的应用摘要：矿井水害是困扰我国煤矿安全生产的重要问题,不仅造成大量煤炭资源无法正常开采,导致多种环境负效应,而且还威胁着人员伤亡和生产损失。
本文通过介绍瞬变电磁法的概念及勘探原理,分析了矿井瞬变电磁法的观测系统应用研究技术,通过应用实例论述瞬变电磁法在煤矿井下探测中的应用。
关键词：瞬变电磁法；探测；应用1 概念及原理瞬变电磁法，是利用不接地回线或接地线源向地下发射一次脉冲磁场，在一次脉冲磁场间歇期间利用线圈或接地电极观测地下介质中引起的二次感应涡流场，从而探测介质电阻率的一种方法。
瞬变电磁法的勘探原理是利用人工在发射线圈加以脉冲电流,产生一个瞬变的电磁场,该磁场垂直发射线圈向两个方向传播,通常是在地面布设发射线圈,依据半空间的传播原理,把地面以上的忽略。
当磁场沿地表向深部传播,当遇到不同介质时,产生涡流场。
当外加的瞬变磁场撤销后,这些涡流场均以磁场的形式释放所获的能量,利用接收线圈测量接收到的感应电动势v2。
通过一维反演、视电阻率等多解释手段观测地下岩层的结构,由于采用线圈接收v2,故对空间的电磁场或其它人文电磁场敏感。
为了减少此类干扰,采用尽量的发射大的电流,以获取最大的激励磁场,增加信噪比,压制干扰。
2矿井瞬变电磁法观测系统研究由于矿井瞬变电磁法测量环境与地面差别很大,回线组合观测系统不能按地面条件选择。
一是井下目的物距离测点较近,二是井下地质环境完全不同于地面,不能采用地面大的各种回线组合观测系统在井下测量,只能采用边长在2m左右的回线组合观测系统测量。
为了保证有足够的发射功率和能感应到足够强的有用的信息,采用多匝数的小回线组合观测系统测量。
矿井瞬变电磁法应用于井下主要为了探测巷道不同位置和不同形态的含水构造,而矿井突水构造主要为导水断层、含水岩溶、富水陷落柱和老窑水等,这些突水构造分别可以用近直立的薄脉、圆柱体和球体等低阻模型模拟。
通过理论分析、物理模型实验和井下试验,提出矿井瞬变电磁法在井下探测主要采用重叠回线组合和双回线组合两种观测系统。
矿井瞬变电磁法密集角度探测应用研究
矿井瞬变电磁法密集角度探测应用研究樊林林【摘要】为了避免工作面回采过程中形成突水威胁,在工作面形成通风系统后,通过采用矿井瞬变电磁法对工作面内部及顶部区域进行富水性探测,为下一步工作面探放水工作圈定目标区域.对晋城煤矿XV3307工作面重点关注区域及层位采用密集角度进行探测,结果表明:矿井瞬变电磁法密集角度探测,对采空区及富水区的富水性探测具有较好效果.【期刊名称】《山西煤炭》【年(卷),期】2016(036)004【总页数】3页(P12-14)【关键词】矿井瞬变电磁法;回采工作面;密集角度探测;探放水【作者】樊林林【作者单位】晋煤集团技术研究院物探工程分公司,山西晋城 048000【正文语种】中文【中图分类】P631.325矿井水害是煤矿生产中经常遇到的地质灾害和制约煤矿安全生产的主要因素之一[1]，开展井下隐蔽致灾构造超前探测对于矿井水害防治具有重要意义[2-4]。
由于对水反应敏感矿井瞬变电磁法，目前在国内各大矿井防治水工作中得到了广泛应用。
不同地层电性分布规律不同是瞬变电磁法探测的物性前提。
煤层与其顶底板岩层岩性不同，电性分布规律自然也不同。
在自然沉积状态下，纵向上各沉积层层序分明，其导电性有特定的规律性，而在横向上同层沉积均一，其导电性也较一致。
在构造及岩层破碎地带，有空隙存在，导电性差，表现出局部高阻；若这些空隙中含水，会使导电性提高，表现出局部低阻。
即如果存在断层、裂隙带和陷落柱等地质构造时，无论其含水与否，都会表现出与正常岩层不同的导电特性。
因此，通过瞬变电磁法可以有效地确定这些构造及富水区域，为矿井防治水害提供预报。
瞬变电磁仪是利用接地线源或不接地回线向地层发射一次脉冲电磁场，在一次脉冲磁场间歇期间利用线圈或接地电极观测地下介质中的二次感应涡流场，从而探测介质电阻率的一种方法。
探测时由发射线圈发射电流，在探测区域激发电磁场，随即断电，使周边煤岩层中产生感应电流，再由接收线圈接收。
利用矿井瞬变电磁法超前探测富水区
利用矿井瞬变电磁法超前探测富水区
张振勇
【期刊名称】《工程地球物理学报》
【年(卷),期】2014(011)006
【摘要】准确地探测巷道前方含水异常体是当今矿井地球物理勘探的研究重点,本文通过研究巷道超前探测的施工技术、模拟实验和应用实例,表明矿井瞬变电磁法作为一种快速、高效、方便的探测技术,可以较好地满足巷道超前预测、预报的要求,进而有效地减少矿井水害.
【总页数】5页(P781-785)
【作者】张振勇
【作者单位】中煤科工集团西安研究院有限公司,陕西西安710077
【正文语种】中文
【中图分类】P631.3
【相关文献】
1.利用矿井瞬变电磁法超前探测走向导水断层研究 [J], 焦险峰;刘树才;姜志海;刘鑫明
2.矿井瞬变电磁法在探测工作面顶板富水区中的应用 [J], 易德礼;徐胜平;金国祥
3.矿井瞬变电磁法超前探测合成孔径成像研究 [J], 程久龙;陈丁;薛国强;邱浩;周项通
4.矿井瞬变电磁法参数优化试验及超前探测应用 [J], 牟义;李江华;徐慧;马志超;崔
金亮;张永超
5.矿井瞬变电磁法在超前探测采空积水区中的应用研究 [J], 苏彦龙
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矿井瞬变电磁法在煤矿中的探测方法及异常特征研究
在实际的工作环境中存在多种干扰
以外，深部奥灰水、采空区积水等也在 源 ，井下设置的电缆以及铁轨等均会产
其 内 。展开瞬变电测探测的过程中，要 生一定影响，若想保证数据采集能够顺
对异常特征予以重点关注，尤其是要对 利 完成，信噪比能够大幅提升，使得电
断层、陷落柱、采空区等予以重点关注。 磁噪声能够真正得到实现，可对瞬变电
(1)
断 层 裂 隙 水 探 测 异 常 特 征 分磁探测仪予以充分利用。依据矿区电磁
析 。从煤矿井下的现状来看，局部地段 已 经 出 现 了 顶 板 破 碎 的 情 况 ，如果上覆 岩层中含水的话，那么裂隙含水就难以 避 免 ，而且会出现发育状况，此时的等 值线就会出现大幅度波动，视电阻率也
干扰的实际情况来对观测数据展开全面 分 析 后 发 现 ，对 瞬 变 电 磁 信 号 展 开 预 处 理时可以选择小波变换方法，如此能够 保 证 突 变 、 干 扰 的 区 分 切 实 达 成 ，去噪 效果更为理想。
E N E R G Y & E N V I R O N M E N T |H ：MWU
成 ，具体如图3 所示。
3 矿井瞬变电磁新技术分析
2 矿井瞬变电磁探测异常特征分析
3 . 1 矿区强干扰环境下资料处理
在对煤矿进行开采时，煤层冲水的 技术
情 况 是 较 为 常 见 的 ，其 水 源 除 了 地 表 水
I I 源5不保 |EN ER G Y & E N V IR O N M E N T
I 矿井瞬变电磁法在煤矿中的探测方法及异常特征研究 张丹枫 (长治职业技术学院，山 西 长 治 046000)
摘 要 ：在煤矿探测工作的过程中，瞬变电磁法的应用较为普遍。即将电磁感应原理作为依据，通过不接地回线，或者是接地线 源 将 一 次 脉 冲 磁 场 发 送 至 地 下 ， 在 此 基 础 上 对 二 次 涡 流 场 进 行 观 测 ，进 而 将 空 间 分 布 、时 间 分 布 呈 现 出 的 规 律 予 以 明 确 ，这 样就能够实现发现矿产资源的目标，也可了解工程地质存在的具体问题。文章深入探析此种方法的应用，重点针对异常特征 予以详细阐述。
一种用于瞬变电磁法勘探组合式辅助装置[实用新型专利]
![一种用于瞬变电磁法勘探组合式辅助装置[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/92cb8a3984254b35effd34ab.png)
专利名称：一种用于瞬变电磁法勘探组合式辅助装置
专利类型：实用新型专利
发明人：张艳龙,吴燕清,许洋铖,张钊,徐佩,宋伟,邓刘洋,崔少北,左丹
申请号：CN202021477543.X
申请日：20200724
公开号：CN212515082U
公开日：
20210209
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型公开了一种用于瞬变电磁法勘探组合式辅助装置，包括防爆箱体，所述防爆箱体上通过铰链连接有箱盖，所述防爆箱体内侧设置有瞬变电磁仪，所述瞬变电磁仪正面设置有显示屏，所述防爆箱体侧表面设置有固定柱，所述固定柱外侧转动套设有第一支腿，所述第一支腿内侧下端套装有第二支腿，所述第一支腿一侧表面设置有凸块，所述凸块内侧螺纹连接有调节螺杆；通过设置有固定柱、第一支腿、第二支腿、调节螺杆、限位块及卡槽，便于避免没有很好的支撑机构，对设备放置效果差，不便于根据放置面倾斜情况进行调整，通过设置有透明板及荧光粉层，便于避免对防爆箱体内侧查看时，需要开合箱盖的不便。
申请人：重庆大学
地址：400031 重庆市沙坪坝区正街174号
国籍：CN
代理机构：重庆创新专利商标代理有限公司
代理人：刘婵媛
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矿井瞬变电磁探测技术在煤系地层探测中的研究与应用
一Ｃ × （ ｘ
）
式 中 ，Ｃ为 全 空 间 响 应 系 数 ；Ｓ为 接 收 回 线 线 圈 面 积 ；
Ⅳ为接 收回线线 圈匝数 ；ｓ 为发射 回线线圈 面积 ；ｎ为发射 回线线 圈匝数 ；ｔ 为二 次场 衰减时 间；ＷＩ 接收 的归一化 为
针 对矿 井突水 问题 具有空 间规模 小 、时空变化 大 的特 点 ，本文 引入矿井 瞬变 电磁探 测技 术。矿井 瞬变 电磁法 施 工 简便 、数据采集 迅速 。它观 测的是 二次 场 ，在近 区可采
用 多种 回线装 置进行 观测 ，且 对低 阻含 水体灵 敏 、体 积效
应 小、纵 横向分 辨率 高 ，故可 用于 巷道迎 头前 方、巷 道侧 帮、煤 层顶底板等位置 的水文探测 。
２１ ０ ２年第 ４期
煤
炭
工
程
矿 井 瞬变 电磁 探 测 技 术在 煤 系地 层 探 测 中 的研 究 与 应 用
王东伟 ，刘 志新 ，武俊文 ，许云 磊
（ ．中国矿业大学 资源与地球科学学 院 ，江苏 徐 州 １ ２１１ ； ２ ｌ６ ２ １１ ） ２ １６ ２ ．中国矿业大学 深部岩土力学 与地 下工 程国家重点实验室 ，江苏 徐州
个水平环状 线 电流产 生 的磁 场 。在一 次磁 场消失 时 ，该
一
１４ 矿 井瞬 变 电磁 法探 测技 术 ．
１ ４ １ 超前探测方 向变换 ．． 巷道掘进 迎头 超前 探测 探 测方 向示意 图如 图 １所 示 ， 测点布置在巷道 迎头 空 间位 置 ，即从 巷道迎 头左侧 位置 开
环状线电流 紧挨载 流线 圈 ，随后 该 电流环 向外扩散 ，并逐 渐变 形为圆流环 。由于接 收线 圈所测 信号 为线框 周 围全空 间岩 石电性的综合 反 映。与地 面 比较 矿井 瞬变 电磁场 应为
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中 国 地 球 物 理2013 ·1031·矿井瞬变电磁不同发射线圈探测效果研究
张军
中煤科工集团西安研究院西安 710077
在瞬变电磁法发展的早期，通常使用圆回线来估算实际使用的矩形回线产生的瞬变场。
对于非中心点的情况，根据圆形和方形在形态上的差异，采用中心回线装置近似非中心点必然带来较大的计算误差。
在均匀半空间的模型中，设定两种线形框模型发射相同的电流，在理想的情况下，所激发产生的二次场的初始值，即最大值与相同空间位置的一次场满足近似的线性关系，而二次场随时间衰减的曲线形态不变，仅表现为向更深处平移。
即圆形回线可以识别的信号深度明显大于方形回线。
在某一时刻，方形回线内场的分布均匀，只是在靠近边框处的场值出现较为明显的变化。
在方形回线中心，回线内场可以看做是均匀分布的，可以使用中心回线的计算方式计算此面积内的测点，计算误差可以忽略，对于超出该区域的测点的场值的计算误差不可以忽略。
圆回线的场等值线呈圆环状分布，场响应呈现由中心向边框逐渐增大的趋势，使用中心点的场值响应公式计算非中心点会带来不可忽略的计算误差。
随着距离中心点的距离增大，两种源产生的相对误差较大，使用圆回线近似计算方形回线不再可取。
圆形回线和等周长的方形回线在中心点激发的一次场具有很好的对应，二者之间的相对误差较小，可以满足实际观测的误差要求，但是圆回线和矩形回线在中心点激发的一次场的相对误差不可忽略，同时，随着矩形线圈长宽比的增大，相对误差会急剧增大。
根据两种源激发产生的感应场对比结果，我们认为在中心点时，可以使用圆回线来计算方形回线的场，而非中心点的场只在较小的回线范围内可以使用圆回线近似。
目前，由于矩形回线电磁场表达式比较复杂,，瞬变电磁法数据的处理是基于圆形回线在原点产生电磁场的理论。
通过比较圆形回线在圆心处激发的感应电动势与矩形回线在任意点激发的感应电动势发现：方形发射回线中心，除远离回线中心的局部点差异较大外，其他差异都比较小，可以认为是均匀场，能直接用于计算视电阻率；但是在瞬变电磁场后期信号两者差异明显, 校正后才能计算视电阻率。
瞬变电磁探测深度主要与地层视电导率和最小可分辨电压有关，最大探测深度与线圈发送磁矩、覆盖层电阻率及最小可分辨电压有关。
在覆盖层条件一定的情况下，瞬变电磁探测深度只与仪器最小可分辨电压和发射线圈磁矩有关。
最小可分辨电压与仪器本身性能有关，暂不作讨论，发射线圈在等周长的情况下，可以求得圆形线圈和方形线圈发射磁矩。
在相同的探测深度，圆形框具有明显强的信号；当信号强度随着深度衰减到被噪声湮没而不能被识别时，圆形框的深度明显大于方形框；圆回线和等效面积的方形回线在中心点激发的一次场具有很好的对应，二者之间的相对误差较小，可以满足实际观测的误差要求。
因此，在地形较好的地区，瞬变电磁法完全可以考虑采用圆形回线来代替方形回线，以达到更好的探测效果。
参考文献
[1] 李貅.瞬变电磁测深的理论与应用[M].西安:陕西科学技术出版社,2002.
[2] 朴华荣.电磁测深法原理[M].北京:地质出版社,1990.
[3] 薛国强.论瞬变电磁测深法的探测深度[J].石油地球物理勘探,2004,39(5):575~578
[4] 牛之琏.时间域电磁法原理[M].湖南长沙:中南大学出版社,2007
[5] 张军,李貅,赵莹.瞬变电磁法在岩溶水勘查中的应用[J].工程地球物理学报,2011,8(5):521~524。