專利名稱：一種井下瞬變電磁超長距離探測方法
一種井下瞬變電磁超長距離探和旅本發(fā)明涉及一種地球物理勘探領(lǐng)域，更具體地講，涉及一種井下瞬變電磁 超長距離電磁探測方法。 背錄駄瞬變電磁技術(shù)多年來一直用于地面勘探，它是利用不接地回線向地下發(fā)送 脈沖電流，以激勵探測目標(biāo)體感應(yīng)二次電磁場，脈沖間歇期間，利用接收線圈 觀測二次場隨吋間變化的響應(yīng)。由于井下屬全空間勘探，與地而半空間勘探在物理模型、施工方式、解釋 方法等方而有著本質(zhì)區(qū)別，地面通用的其邊長為數(shù)百米的方框大線圈，大功率 供電、中心式觀測技術(shù)，在井下根本無法使用，從而大大限制了該技術(shù)在煤礦井下的應(yīng)用和發(fā)展。加之井下巷道空間狹窄、Ki器及金屬設(shè)備較多、條件復(fù)雜、干擾因素眾多，目前，煤礦井下瞬變電磁探測距離僅能達(dá)到100m左右。我國有著豐富的煤炭資源，相對于我國高產(chǎn)高效礦井而言，100m的測距很難滿足煤礦生產(chǎn)需求。而近年來，煤礦透水等重大事故屢屢發(fā)生， 一幕幕血淚 礦難場景，震撼著我們的心靈，也一次次提醒我們，如何進(jìn)一步提高井下探測 距離，査明深部地質(zhì)構(gòu)造，保障煤礦安全生產(chǎn)，是擺在煤田水文地質(zhì)工作者面 前現(xiàn)實(shí)而又迫切的任務(wù)。研究能提高探測距離、穩(wěn)定探測效果的井下瞬變電磁探測技術(shù)，無論對瞬 變電磁技術(shù)在煤礦井下的推廣與發(fā)展，還是對豐富我國煤礦井下物探技術(shù)、提 前探明突水隱患、減少和杜絕惡性透水事故發(fā)生、保障礦井安全，確保煤炭工 業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，都具有重大的現(xiàn)實(shí)意義和理論意義。 發(fā)明內(nèi)容本發(fā)明目的是提供一種能提高探測距離、穩(wěn)定探測效果的超長距離井下瞬變電磁探測方法。本發(fā)明的方法所釆用的系統(tǒng)，包括由接收機(jī)和接收線圈組成的接收系統(tǒng)， 由發(fā)射機(jī)和發(fā)射線圈組成的發(fā)射系統(tǒng)以及啟動接收系統(tǒng)和發(fā)射系統(tǒng)的電源。本發(fā)明提供的方法是先對環(huán)境噪聲進(jìn)行測量，然后將所測環(huán)境噪聲從最終 的探測結(jié)果中予以剔除。目前，井下瞬變電磁探測都是直接開機(jī)發(fā)射、接收， 忽視了環(huán)境噪聲的干擾問題。在發(fā)射機(jī)關(guān)機(jī)狀態(tài)下，所探測的信號就是噪聲信 號。而常規(guī)探測到的信號，則包括了有效信號及噪聲信號兩部分，由于環(huán)境噪 聲的存在，對發(fā)射信號構(gòu)成一定程度上的干擾，影響探測距離。本發(fā)明人發(fā)現(xiàn)， 啟動發(fā)射系統(tǒng)前先利用接收系統(tǒng)逐點(diǎn)對環(huán)境噪聲進(jìn)行測量，并將環(huán)境噪聲從最 終所探測的結(jié)果中剔除，可使井下探測距離得到大幅提高。其中，根據(jù)噪聲的 特點(diǎn)可分別采取單點(diǎn)去噪、區(qū)間去噪等方法將環(huán)境噪聲剔除。本發(fā)明提供的井下探測方法優(yōu)選技術(shù)方案包括如下步驟a. 接通系統(tǒng)電源后，先啟動接收系統(tǒng)，對環(huán)境噪聲進(jìn)行測量；b. 啟動發(fā)射系統(tǒng)，使發(fā)射線圈產(chǎn)生一個脈沖電磁場；C.通過接收機(jī)和接收線圈對探測范圍內(nèi)的電磁場信號進(jìn)行同步接收，然后 對所接收信號進(jìn)行去噪處理后繪制瞬變場電阻率等值線圖；d.根據(jù)瞬變場電阻率等值線圖判斷井下低阻異常區(qū)的分布范圍及位置。 本發(fā)明所提供探測方法優(yōu)選發(fā)射機(jī)的頻率優(yōu)選為6. 25Hz。發(fā)射線圈優(yōu)選為邊長lm的方框。根據(jù)煤礦井下巷道斷面小及金屬、電器設(shè) 各多的實(shí)際情況，將設(shè)備配套發(fā)射線框由原來的2mX2m，改造為lmXlm。同吋， 輔以電纜、管路落地、上掛等措施，為線框擺放騰出空間。大量應(yīng)用表明，改造后的lmXlm發(fā)射線框，井下適應(yīng)性強(qiáng)，可以較好地避 開巷內(nèi)電纜、管路、道軌、皮帶等金屬體對電磁波的吸收、導(dǎo)引等干擾，大幅度提高探測距離及效果。在前期所統(tǒng)計的43次探測中，38次采用的是lmX lm發(fā)射線框，探測距離 一般都能達(dá)到150 200m，最大可達(dá)到360m，很好滿足了煤礦井下探測的需要。本發(fā)明人根據(jù)井下環(huán)境條件及現(xiàn)場測試情況，進(jìn)行發(fā)射頻率、框間距、框 位置、采樣門數(shù)等多參數(shù)優(yōu)化，選擇最佳施工方法組合，確保數(shù)據(jù)質(zhì)量，在提 高探測距離及效果方面發(fā)揮了重要作用。系統(tǒng)電源由內(nèi)置電源和與其連接的外接電源共同組成。內(nèi)置電源電壓優(yōu)選 為12V，外置電源電壓優(yōu)選為24V，系統(tǒng)電源的電流優(yōu)選為3.5A。測距大、對水敏感、定向性好、探測效果穩(wěn)定，是本技術(shù)的最大優(yōu)勢。木 發(fā)明具體有如下有益效果(1) 本發(fā)明方法對探測結(jié)果進(jìn)行去噪處現(xiàn)，避開了探測過程中各種噪聲的 干擾；采用低頻探測技術(shù)，增強(qiáng)發(fā)射功率等，使探測距離從100ra提高到220m， 最大達(dá)到了 360m，大大提高了探測距離。(2) 采用小線圈探測技術(shù)，發(fā)射線圈采用邊長為lra的方形線框，其尺寸 縮減了一倍，便于線圈在井下的擺放，避開了巷內(nèi)電纜、管路等線性良導(dǎo)體對 電磁波的吸收、導(dǎo)引，使探測距離和探測效果大幅提高。(3) 提高了探測效率。以巷道超前探測為例，傳統(tǒng)電法探測距離80m，耍 預(yù)留20m防水煤柱，每掘進(jìn)60m探測一次，每次掘進(jìn)需要3 4小時，1000m巷 道需進(jìn)行16次探測，采用本發(fā)明的方法，只需一次探測、耗時3 4小時，效 率提高近20倍。(4) 本發(fā)明探測控制范圍由傳統(tǒng)的"線探測"發(fā)展為"面探測"，控制范 圍大幅度增加。(5) 解決了以往定向難的問題，以往井下物探探水最有效的方法，就是直 流電法，此方法不能定向。本發(fā)明的方法徹底改變了傳統(tǒng)探測方法探水不能定 向的局面，開創(chuàng)了煤礦井下物探定向探水的新紀(jì)元。截至目前，已在開灤、淮南、皖北、徐州、邯邢、承德等大水礦區(qū)15個礦 井、50多個生產(chǎn)地區(qū)開展工作，最大測距達(dá)到300 360m。探出大的含水異常 13處、解放受水威脅的煤炭資源422萬噸，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益33570萬元。


圖1是本發(fā)明探測方法流程示意圖。
具體實(shí)施方式
下面結(jié)合實(shí)施例對本發(fā)明作進(jìn)一步描述:所用系統(tǒng)是PR0TEM47瞬變電磁儀， 探測步驟如圖l所述a. 接通系統(tǒng)電源后，先啟動接收系統(tǒng)，進(jìn)行環(huán)境噪聲測量；b. 啟動發(fā)射系統(tǒng)，給發(fā)射機(jī)供電使發(fā)射線圈產(chǎn)生一個脈沖電磁場；c. 通過接收機(jī)和接收線圈對探測范圍內(nèi)的電磁場信號進(jìn)行同步接收，然后 對接收信號進(jìn)行去噪處理后繪制瞬變場電阻率等值線圖；d. 根據(jù)瞬變場電阻率等值線圖判斷井下低阻異常區(qū)的分布范圍及位置。 實(shí)施例l在啟動發(fā)射機(jī)之前，首先通過啟動接收系統(tǒng)對所測點(diǎn)環(huán)境噪聲進(jìn)行測量， 然后再啟動發(fā)射系統(tǒng)對井下進(jìn)行探測，井下探測完成后，采用TEMINT室內(nèi)專用 軟件剔除環(huán)境噪聲，消除環(huán)境噪聲對探測結(jié)果的影響，使其探測結(jié)果更真實(shí)、 測距加大。其中，消除環(huán)境噪聲的方法通常有兩種單點(diǎn)去噪和區(qū)間去噪。當(dāng) 相鄰測點(diǎn)噪聲差異較大時，采用單點(diǎn)去噪方法逐點(diǎn)將噪聲消除；當(dāng)相鄰測點(diǎn)噪 聲差異較小時，則可用區(qū)間除噪法，即將各點(diǎn)噪聲視為同一數(shù)值，統(tǒng)一去除相 鄰測點(diǎn)噪聲。 實(shí)施例2根據(jù)廠家儀器說明書提供的資料，PR0TEM47瞬變電磁儀在工頻50Hz地區(qū)作時，廠方建議使用25、 62.5、 237.5Hz三種頻率，井下則只建議使用25Hz — 種頻率。但現(xiàn)場工作時發(fā)現(xiàn)，有些礦井(地區(qū))干擾信號對25Hz影響較大，常 常無法工作。我們突破禁區(qū)，開展了煤礦井下6.25Hz探測試驗研究工作。探測 距離大幅提高到150m以上，最大達(dá)到360m。此夕卜，在有些礦井(地區(qū))探測中，如顯德汪礦1923運(yùn)料巷左幫探測中25Hz 頻率噪聲干擾很大、數(shù)據(jù)無法使用，改用6.25Hz取得理想效果。發(fā)明人在課題試驗研究階段，總共43次探測中，單獨(dú)使用6. 25Hz探測9 次，25Hz和6. 25 Hz兩種頻率探測同時使用或?qū)Ρ仁褂?0次，兩項合計共計 19次，約占總探測次數(shù)的45%,取得明顯技術(shù)效果。2006.1.5，邢東礦2121運(yùn)輸巷左幫探測中，在探測環(huán)境及供電電壓、框間 距等工作參數(shù)完全相同的條件下，6.25Hz測距達(dá)到150m， 25Hz測距僅95m。 6. 25Hz探測深度明顯較25Hz大。 實(shí)施例3根據(jù)煤礦井下巷道斷面小及金屬、電器設(shè)備多的實(shí)際情況，將設(shè)備配套發(fā) 射線框由原來的2mX2m，改造為lmXlm。同吋，輔以電纜、管路落地和上掛等 措施，為線框擺放騰出空間。大量應(yīng)用表明，改造后的lmXlm發(fā)射線框，井下適應(yīng)性強(qiáng)，可以較好地避 開巷內(nèi)電纜、金屬管路、道軌、皮帶等金屬體對電磁波的吸收、導(dǎo)引等干擾， 探測距離及效果大幅度提高。在前期所統(tǒng)計的43次井下探測中，38次采用的是lmXlm發(fā)射線框，探測 距離達(dá)到150 200m，最大達(dá)到360m，很好地滿足了煤礦井下探測需要。 實(shí)施例4采用PR0TEM47瞬變電磁儀，設(shè)備內(nèi)置12V供電電源，探測距離較小，在儀 器12V內(nèi)接電源的基礎(chǔ)上，又增加了一個24 V外接電源，探測距離得到了大幅 提咼。在東龐礦-480南大巷同一巷道、同一位置、同等環(huán)境條件下，在第一期 (2006.1. 20)井下探測時采用12V內(nèi)接電源，其供電電流為1. 0A，探測距離為 150m;在第二、三期(2006. 3. 2和2006. 4. 5)井下探測中，采用外接24V電源， 電流增至3. 5A，測距達(dá)到300 360m。 實(shí)施例5a. 接通系統(tǒng)電源后，先啟動接收系統(tǒng)，通過啟動接收系統(tǒng)對所測點(diǎn)環(huán)境噪 聲進(jìn)行測量；b. 啟動發(fā)射系統(tǒng)，給發(fā)射機(jī)供電使發(fā)射線圈產(chǎn)生一個脈沖電磁場；在 PR0TEM47瞬變電磁儀12V內(nèi)接電源的基礎(chǔ)上，增加一個24 V外接電源，電流增 至3. 5A， 使用lmX lm發(fā)射線框；c. 通過接收機(jī)和接收線圈對探測范圍內(nèi)的電磁場信號進(jìn)行同步接收，然后 對所接收信號采用TEMINT室內(nèi)專川軟件剔除環(huán)境噪聲后繪制瞬變場電阻率等值 線圖；d. 根據(jù)瞬變場電阻率等值線圖判斷井下低阻異常區(qū)的分布范圍及位置。 截至目前，利用本發(fā)明已在開灤、淮南、皖北、徐州、邯邢、承德等大水礦區(qū)15個礦井、50多個生產(chǎn)地區(qū)開展工作，測距達(dá)到300 360m。探出大的含 水異常13處、解放受水威脅的煤炭資源422萬噸，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益33570萬元。以上本發(fā)明的實(shí)施例，僅以說明為目的，并不用以限制本發(fā)明。凡在本發(fā) 明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明 的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1. 一種井下瞬變電磁超長距離探測方法，所采用的系統(tǒng)包括由接收機(jī)和接收線圈組成的接收系統(tǒng)、由發(fā)射機(jī)和發(fā)射線圈組成的發(fā)射系統(tǒng)以及啟動接收系統(tǒng)和發(fā)射系統(tǒng)的電源，其特征在于先進(jìn)行環(huán)境噪聲測量，然后將環(huán)境噪聲從探測結(jié)果中剔除。
2、 根據(jù)權(quán)利要求1所述的探測方法，其特征在于包括如下步驟(a) .接通系統(tǒng)電源后，先啟動接收系統(tǒng)，進(jìn)行環(huán)境噪聲測量；(b) .啟動發(fā)射系統(tǒng)，給發(fā)射機(jī)供電使發(fā)射線圈產(chǎn)生一個脈沖電磁場；(c) .通過接收機(jī)和接收線圈對探測范圍內(nèi)的電磁場信號進(jìn)行同步接收， 然后對所接收信號進(jìn)行去噪處理后繪制瞬變場電阻率等值線圖；(d) .根據(jù)瞬變場電阻率等值線圖判斷井下低阻異常區(qū)的分布范圍及位置。
3、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的探測方法，其特征在于所述發(fā)射機(jī)的頻率為 6. 25Hz 。
4、 根據(jù)權(quán)利耍求1或2所述的探測方法，其特征在于所述發(fā)射線圈為邊長 lm的方框。
5、 根據(jù)權(quán)利要求2所述的探測方法，其特征在于步驟c中的去噪處理包括 單點(diǎn)去噪和區(qū)間去噪。
6、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的探測方法，其特征在于所述電源的電壓為36V。
7、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的探測方法，其特征在于所述電源的電流為3.5A。
8、 根據(jù)權(quán)利要求6所述的探測方法，其特征在于所述電源由內(nèi)置電源和與 其連接的外接電源共同組成，內(nèi)置電源電壓為12V，外置電源電壓為24V，電流 為3. 5A。
9、 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的探測方法，其特征在于包括如下步驟(a) .接通系統(tǒng)電源后，先啟動接收系統(tǒng)，進(jìn)行環(huán)境噪聲測量；其中，電 源的電壓為36V、電流為3.5A;(b) .啟動發(fā)射系統(tǒng)，給發(fā)射機(jī)供電使發(fā)射線圈產(chǎn)生一個脈沖電磁場；其 中，發(fā)射機(jī)的頻率為6.25Hz;發(fā)射線圈為邊長lm的方框；(c) .通過接收機(jī)和接收線圈對探測范圍內(nèi)的電磁場信號進(jìn)行同步接收， 然后對所接收信號進(jìn)行去噪處理后繪制瞬變場電阻率等值線圖；其中去噪處理 包括單點(diǎn)去噪和區(qū)間去噪；(d) .根據(jù)瞬變場電阻率等值線圖判斷井下低阻異常區(qū)的分布范圍及位置。
10、 根據(jù)權(quán)利要求9所述的探測方法，其特征在于步驟(a)中，所述電源 由內(nèi)置電源和與其連接的外接電源共同組成，內(nèi)置電源電壓為12V，外置電源電 壓為24V;步驟(c)中的去噪處理包括單點(diǎn)去噪和區(qū)間去噪。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種井下瞬變電磁超長距離探測方法。本發(fā)明先對環(huán)境噪聲進(jìn)行測量，然后將所測環(huán)境噪聲從最終的探測結(jié)果中予以剔除。本發(fā)明電源電壓采用為36V、電流采用3.5A、發(fā)射機(jī)的頻率采用6.25Hz。本發(fā)明采用小線圈探測技術(shù)，便于線圈在井下的擺放并避開了巷內(nèi)電纜、管路等線性良導(dǎo)體對電磁波的吸收、導(dǎo)引，使探測距離和探測效果大幅提高。本發(fā)明具有測距大、對水敏感、定向性好的優(yōu)勢，探測距離可達(dá)360米。
文檔編號G01V3/18GK101281255SQ200810110590
公開日2008年10月8日 申請日期2008年6月4日 優(yōu)先權(quán)日2008年6月4日
發(fā)明者孫吉益, 崔煥玉, 張根良, 李文峰, 李智文, 李玉寶, 杜木民, 王璽瑞, 高小青 申請人:河北煤炭科學(xué)研究所