CN107807395A - 矿井瞬变电磁井上下立体双磁源探测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种矿井瞬变电磁井上下立体双磁源探测方法，针对深层矿井地质条件，采用地面、井下双磁源激发瞬变电磁场，即采用一个地面大功率激发线圈和一组井下接收线圈与发射线圈的重叠回线装置组成探测系统，地面利用大功率的发射线圈，增强激发良导体的涡旋电流，增强二次信号，加大瞬变电磁的探测深度，在巷道内接收二次场信号方式，进行地面发射线圈与井下激发线圈同时激发。本发明的能够极大地增强总体发射功率，增加矿井瞬变电磁的探测深度，意义重大。
Description
技术领域
本发明涉及一种探测方法，尤其是一种适用于探测大深度煤矿隐伏富水体的矿井瞬变电磁井上下立体双磁源探测方法。
背景技术
在煤矿突水防治方面，瞬变电磁法得到了广泛的应用，减少了煤矿突水事故的发生，降低了经济损失，保证了人民的安全。瞬变电磁法是一种极具发展前景的方法，其对低阻异常反应灵敏，可查明含水地质如岩溶洞穴与通道、煤矿采空区、深部不规则水体等。瞬变电磁法具有探测深度大，对低阻地质体灵敏，与探测目标耦合好，异常响应强，形态简单，分辨能力强等优点。但由于巷道内环境因素影响，巷道内只可以利用小线圈，而小线圈探测深度有限。随着煤炭向深部、纵向开采，急需要提高矿井瞬变电磁的探测深度，用于探测更深的良导地质异常体。
发明内容
发明目的：针对煤炭向深部、纵向开采，目前的矿井瞬变电磁小线圈探测深度有限，本发明提供一种地面布设大线圈和井下布设小线圈的双磁源探测方式，增强良异常体涡旋电流，增强二次场信号强度，加大瞬变电磁的探测深度。
技术方案：为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种矿井瞬变电磁井上下立体双磁源探测方法，包括如下步骤：
(1)根据矿井地质特点和巷道环境设计双源发射线圈的规格：分别确定地面大线圈和巷道内小线圈的规格，地面大线圈采用大功率的激发发射线圈，巷道内小线圈为采用一组井下接收线圈与发射线圈的重叠回线的线圈结构；
(2)设计观测系统：巷道内小线圈设置于矿井巷道迎头，地面大线圈放置在巷道外部的地面上，地面大线圈覆盖巷道内小线圈在地面的探测范围；
(3)数据采集：地面大线圈和巷道内小线圈同步发射，通过巷道内小线圈在电流间歇期间采集数据，并获得纯二次场，电流间歇期间是指前一次电流关断到下一次电流接通的时间区域；
(4)数据处理与解释：利用传统的视电阻率公式进行视电阻率换算，得到视电阻率的大小，并根据矿井地质特点进行调试，得出相应的地质结论。
优选的，所述巷道内小线圈为2m×2m方形结构，匝数为40匝，地面大线圈为200m×200m方形结构，匝数为5匝。
优选的，所述步骤(3)中利用石英钟控制地面大线圈和巷道内小线圈同步发射
有益效果：本发明提供的矿井瞬变电磁井上下立体双磁源探测方法，通过引入地面大回线发射装置能够激励更强的二次涡旋电流，使得二次电磁场的信号更强，增加了瞬变电磁的探测深度，同时采用石英钟进行计时实现了地面和井下同步的问题；具体来说，本发明具有如下有点：1、提出双磁源探测方法。通过引入地面大定源装置，激励出更强的二次场电磁信号，增加瞬变电磁的探测深度；2、采用石英钟进行计时实现地面和井下同步的问题，解决了分离磁源同步性关键问题；3、可以探测离巷道空间更远的矿井地质信息，为矿井水预防和治理提供更为丰富的地质资料。
附图说明
图1为本发明的矿井瞬变电磁井上下立体双磁源探测方法中建立的双磁源探测-迎头超前探测系统的数值模拟地电模型图；
图2为图1中的巷道内小线圈的探测方向变化示意图；
图3为本发明的巷道内小线圈在掘进迎头探测底板、顺层和顶板探测方向示意图，其中：
(3a)为巷道内小线圈超前探测掘进迎头底板示意图，其小线圈面法线方向与底板成45°夹角；
(3b)为巷道内小线圈超前探测掘进迎头顺层示意图；
(3c)为巷道内小线圈超前探测掘进迎头顶板示意图，其小线圈面法线方向与顶板方向成45°夹角；
图4为本发明在确定探测顶板、顺层和底板的情况下，探测巷道的侧帮矿井地质条件的结构示意图；
图5为本发明在顶板、底板与顺层探测方向确定的条件下，进行扇形扫描探测示意图；
图6为本发明，沿顶板方向探测的结构示意图，其中：
(6a)为井上下双磁源探测结果；
(6b)为井下重叠小线圈单源探测结果；
图7为本发明，沿顺层方向探测的探测结果分析图，其中：
(7a)为井上下双源探测结果；
(7b)矿井下重叠小线圈单源探测结果；
图8为本发明，沿底板方向探测的探测结果分析图，其中：
(8a)为井上下双磁源探测结果；
(8b)井下重叠小线圈单源探测结果；
图9为本发明的矿井瞬变电磁井上下立体双磁源探测方法的框架流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作更进一步的说明。
如图1所示为一种
如9所示，为本发明的矿井瞬变电磁井上下立体双磁源探测方法的框架流程图，首先根据矿井水文地质特点确定要解决的问题，然后基于矿井地质特点和要解决的问题建立双源瞬变电磁观测系统，进行井下井上双源激发、井下观测数据；最后对观测数据进行处理解释，得出问题结论。
具体地，本发明的矿井瞬变电磁井上下立体双磁源探测方法，包括如下检测步骤：
(1)根据矿井地质任务和巷道环境设计双源发射线圈：地面大线圈和巷道内小线圈，其中，小线圈优选大小为2m×2m方形，匝数为40匝；地面大线圈优选大小为200m×200m方形，匝数为5匝；
(2)观测系统的设计：根据研究的目标体，设计观测系统，小线圈放置在矿井巷道迎头，其探测方式与常规相同；大线圈放置在地面，大体覆盖小线圈探测范围在地面的投影；
(3)数据的采集：数据的采集是通过巷道内小线圈，在电流间歇期间采集的，获得的是纯二次场，井上、下发射源的同步性可以利用石英钟来实现，电流间歇期间是指前一次电流关断到下一次电流接通的时间区域；
(4)数据的处理与解释：接收到的信号较强，利用传统的视电阻率公式进行视电阻率换算，得到视电阻率相对较小，要根据矿井地质特点进行合理调试，得出相应的地质结论。
如图1所示为本发明的矿井瞬变电磁井上下立体双磁源探测方法中建立的双磁源探测-迎头超前探测系统的数值模拟地电模型图，迎头指地下工程施工中的掘进工作面。
如图2所示为采用图1中的探测系统，巷道内小线圈的探测方向变化示意图，可通过旋转线圈的方向来调整探测的方向，包括顶板、底板和顺层三个检测方向。图3中的图3a至图3c示出了三个检测方向中巷道内小线圈设置于巷道内的结构示意图。
图3所示为本发明的巷道内重叠小线圈装置在迎头探测底板、顺层和顶板探测方向示意图，巷道内小线圈面法线方向与底板成45°夹角，巷道内小线圈与掘进头面平行、探测掘进头正前方地质信息；巷道内小线圈超前探测掘进头顶板方向成45°夹角。结合图4和图5所示，本发明在确定探测顶板、顺层和底板的情况下，可以探测巷道的侧帮矿井地质条件。
结合图6至图8所示，本发明的井上下双磁源探测结果和井下重叠小线圈单源探测结果相比较，双源探测结果比矿井下重叠小线圈单源探测结果信号强度大大增加。
因此，本发明针对深层矿井地质条件，采用地面、井下双磁源激发瞬变电磁场，即采用一个地面大功率激发线圈和一组井下接收线圈与发射线圈的重叠回线装置组成探测系统，地面利用大功率的发射线圈，增强激发良导体的涡旋电流，增强二次信号，加大瞬变电磁的探测深度，在巷道内接收二次场信号方式，进行地面发射线圈与井下激发线圈同时激发，能够极大地增强总体发射功率，增加矿井瞬变电磁的探测深度，意义重大。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (3)
1.一种矿井瞬变电磁井上下立体双磁源探测方法，其特征在于：包括如下步骤：
(1)根据矿井地质特点和巷道环境设计双源发射线圈的规格：分别确定地面大线圈和巷道内小线圈的规格，地面大线圈采用大功率的激发发射线圈，巷道内小线圈为采用一组井下接收线圈与发射线圈的重叠回线的线圈结构；
(2)设计观测系统：巷道内小线圈设置于矿井巷道迎头，地面大线圈放置在巷道外部的地面上，地面大线圈覆盖巷道内小线圈在地面的探测范围；
(3)数据采集：地面大线圈和巷道内小线圈同步发射，通过巷道内小线圈在电流间歇期间采集数据，并获得纯二次场，电流间歇期间是指前一次电流关断到下一次电流接通的时间区域；
(4)数据处理与解释：利用传统的视电阻率公式进行视电阻率换算，得到视电阻率的大小，并根据矿井地质特点进行调试，得出相应的地质结论。
2.根据权利要求1所述的一种矿井瞬变电磁井上下立体双磁源探测方法，其特征在于：所述巷道内小线圈为2m×2m方形结构，匝数为40匝，地面大线圈为200m×200m方形结构，匝数为5匝。
3.根据权利要求1所述的一种矿井瞬变电磁井上下立体双磁源探测方法，其特征在于：所述步骤(3)中利用石英钟控制地面大线圈和巷道内小线圈同步发射。
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