电性源矿井瞬变电磁法探测方法技术

本发明专利技术公开了一种电性源矿井瞬变电磁方法，适用于矿井巷道内使用。首先在矿井巷道内布设长导线电性源，通过电极激发电磁场，在工作面另一侧巷道内布置电场传感器接收电磁场信号，进而对工作面富水区域进行探测；导线电性源为接触式电流源探测，有效减少巷道内金属干扰，提高探测的定向性，改善探测的准确率。其有效弥补小线圈发射的能量不足问题，改善全空间

【技术实现步骤摘要】
电性源矿井瞬变电磁法探测方法


[0001]本专利技术涉及一种探测方法，尤其适用于矿井巷道内使用的电性源矿井瞬变电磁法探测方法，属于煤矿开采突水防治领域。

技术介绍

[0002]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。矿井瞬变电磁法被广泛应用于煤矿防治水工作中，是目前矿井物探的主要手段之一，但受井下巷道施工空间所限，边长2
‑
3m、匝数30
‑
60的多匝小回线重叠或分离磁性源装置是矿井瞬变电磁法主要装置形式，但存在以下技术瓶颈。(1)发射磁矩小、探测有效距离短；(2)巷道金属锚网屏蔽作用严重和干扰信号强；(3)地质异常体的定向探测难。其中。以上问题产生的根本原因是多匝小回线磁性源瞬变电磁法受矿井下巷道施工环境影响。目前看来矿井下巷道环境不可改变，改变施工方式和源的性质有望缓解与根除上述问题，提出电性源矿井瞬变电磁探测方法，在一个巷道内发射、在另外一个巷道内接收，用于探测工作面富水性灾害水源。

技术实现思路

[0003]专利技术问题：针对上述技术的不足之处，提供一种可以弥补小线圈发射的能量不足问题、可以改善全空间
‘
镜面效应
’
的多解性问题，可为矿井水防治提供更为可靠的地质资料的电性源矿井瞬变电磁探测方法。
[0004]技术方案：为实现上述技术目的，本专利技术的矿井电性源瞬变电磁探测方法，步骤为：在工作面煤岩层一侧设置的巷道中顺着巷道走势铺设导线电流源，在煤岩层另一侧设置的巷道的煤岩层壁上按照巷道走势间隔布置电场传感器，电场传感设置的数量和间距根据工作面煤岩层长度确定；其中导线电流源在工矿主机的控制下向工作面煤岩层发射电磁场信号，此时发射的电磁场信号为一次电磁场信号，当一次电磁场信号遇到低阻异常体后形成携带有地层信息的二次电磁场信号，二次电磁场信号穿透整个工作面煤岩层后被布置在煤岩层壁上的电磁场传感器接收到，电磁场传感器只接收二次电磁场信号，电磁场传感器将接收到的二次电磁场信发送至工矿主机，从而确认煤岩层中存在低阻异常体的具体位置和轮廓形状。
[0005]所述的低阻异常体为煤岩层中煤岩内部含水，水作为良导地质体遇到一次电磁场信号会产生感应二次信号，对携带有良导地质体的探测数据处理解释后，从而判断掘进工作面内部是否存在导常体，以及异常体的相对大小和相对位置信息，从而实现井下施工的提前预警，避免出现矿井水害。
[0006]所述导线电流源的两端为A和B，布设时将导线电流源的两端A和B利用电极镶嵌在工作面侧帮，同时在另一巷道内沿巷道走向间隔布置的多个电磁场传感器将接收到的二次电磁场信号发送给工矿主机，每一个电磁场传感器发送给工矿主机的信号均包括二次电磁场信号接受的时间和接收到的电场信息，工矿主机利用公式：
将二次电磁场信号和接收时间序列转换化深度，其中，t为观测时间，ρ为背景场电阻率，π为常数圆周率，ω为角频率：ω＝[100πρt/(μ0L2)]1/4
，L为导线电性源的长度，d(t)为对应时间计算得到视深度，即时间对应的深度；工矿主机利用公式：将电场信息转换为煤岩层的视电阻率，其中，ρ
a
为转换的视电阻，ρ1均匀背景场电阻率，是背景场理论计算值，E
x
为电场传感器测量电场值；
[0007]经过以上转换，通过接收信号的时间转换成探测深度，将电场信号转换成煤岩电阻率信息，最终达到探测煤岩层中电阻率分布目的。
[0008]由于采用电性源探测且采用电场传感器，探测的方向性更强且减弱了巷道内金属的干扰。
[0009]确定煤岩内部低阻异常体的位置方法为：
[0010]根据矿井地质资料，研究煤岩层的地层产状，根据地层产状特点设计电性源矿井瞬变电磁观测系统，在工作面煤岩层一侧的巷道中全程铺电缆，并将电缆与电性源相连构成导线电性源用于发射电磁信号，在工作面煤岩层另一侧的巷道煤壁上间隔铺设多个电场传感器；将工矿主机作为电性源瞬变电磁的主机，通过电缆与电场传感器相连，用于记录电场传感器接收到的电场信息并进行存储；多个电场传感器在巷道内直线间隔排列，当有若干电场传感器接收到信息后，每一个电场传感器将接收到的信息记录两部分，时间和电场，将时间转换为垂直于直线排列的视深度，将对应电场转换为视电阻，进而得到总坐标为深度、横坐标为直线排列，即接收传感器的位置图表，图表显示的就是视电阻率分布；根据图片即可获得煤岩内部低阻异常体的准确位置。
[0011]具体的，
[0012]Ⅰ电场传感器接收到的电场信息以[时间，电场]的形式存储，其电场多测道图；
[0013]Ⅱ将测量的电场分量数据进行视电导率换算，将会得到不同方向的地电信息，综合现有地电信息对地质体进行综合地质解释。
[0014]有益效果：本方法与传统的多匝小回线瞬变电磁法相比，通过在巷道中铺设导线电性源，导线电性源为接触式电流源探测，定向性好；在与导线电性源相对煤岩层另一侧的巷道内迎布设多个电磁场传感器，电场传感器与巷道岩壁接触式，接收电场信号，通过接收到的信息即可快速确定煤岩层中是否存在低阻异常体，请准确获得所在位置，同时有效减少干扰信号。
附图说明
[0015]图1为本专利技术电性源矿井瞬变电磁法探测方法布设示意图；
[0016]图2为本专利技术电性源矿井瞬变电磁法探测电场数值多测道数据图；
[0017]图3为本专利技术电性源矿井瞬变电磁法探测电阻率分布图；
[0018]图4为本专利技术电性源矿井瞬变电磁法方法流程示意图。
[0019]具体实施方法
[0020]下面结合具体附图中的实施例对本专利技术作进一步的描述：
[0021]如图1和图4所示，本专利技术的矿井电性源瞬变电磁探测方法，其步骤包括：首先收集探测区域的水文地质资料和矿井巷道资料，根据矿井地质特点，如巷道内地形起伏，通过设
计如何布设发射源和布设接收传感器，完成探测方案的设计；然后将探测方案在工作面进行施工：首先在工作面煤岩层一侧设置的巷道中顺着巷道走势铺设导线电流源，在煤岩层另一侧设置的巷道的煤岩层壁上按照巷道走势每隔5米布设一个电场传感器，采用电性源探测且采用电场传感器，探测的方向性更强且减弱了巷道内金属的干扰；电场传感器的数量由工作面煤岩层长度决定；其中导线电流源在工矿主机的控制下向工作面煤岩层发射电磁场信号，此时的电磁场信号为一次电磁场信号，当一次电磁场信号遇到低阻异常体后形成携带有地层信息的二次电磁场信号，二次电磁场信号穿透整个工作面煤岩层后被电磁场传感器接收到，利用瞬变电磁法特点：电磁场传感器只接收二次场，在探测时，一次场是关闭的，也就是在一次关闭瞬间去测量的，电磁场传感器将接收到的二次电磁场信发送至工矿主机，从而确认煤岩层中存在低阻异常体的具体位置和轮廓形状，低阻异常体为煤岩层中煤岩内部含水，水作为良导地质体遇到一次电磁场信号会产生感应二次信号，对携带有良导地质体的探测数据处理解释后，从而判断掘进工作面内部是否存在导常体，以及异常体的相本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种矿井电性源瞬变电磁探测方法，其特征在于：在工作面煤岩层一侧设置的巷道中顺着巷道走势铺设导线电流源，在煤岩层另一侧设置的巷道的煤岩层壁上按照巷道走势间隔布置电场传感器，电场传感设置的数量和间距根据工作面煤岩层长度确定；其中导线电流源在工矿主机的控制下向工作面煤岩层发射电磁场信号，此时发射的电磁场信号为一次电磁场信号，当一次电磁场信号遇到低阻异常体后形成携带有地层信息的二次电磁场信号，二次电磁场信号穿透整个工作面煤岩层后被布置在煤岩层壁上的电磁场传感器接收到，电磁场传感器只接收二次电磁场信号，电磁场传感器将接收到的二次电磁场信发送至工矿主机，从而确认煤岩层中存在低阻异常体的具体位置和轮廓形状。2.根据权利要求1所述的矿井电性源瞬变电磁探测方法，其特征在于：所述的低阻异常体为煤岩层中煤岩内部含水，水作为良导地质体遇到一次电磁场信号会产生感应二次信号，对携带有良导地质体的探测数据处理解释后，从而判断掘进工作面内部是否存在导常体，以及异常体的相对大小和相对位置信息，从而实现井下施工的提前预警，避免出现矿井水害。3.根据权利要求1所述的电性源矿井瞬变电磁探测方法，其特征在于：所述导线电流源的两端为A和B，布设时将导线电流源的两端A和B利用电极镶嵌在工作面侧帮，同时在另一巷道内沿巷道走向间隔布置的多个电磁场传感器将接收到的二次电磁场信号发送给工矿主机，每一个电磁场传感器发送给工矿主机的信号均包括二次电磁场信号接受的时间和接收到的电场信息，工矿主机利用公式：将二次电磁场信号和接收时间序列转换化深度，其中，t为观测时间，ρ为背景场电阻率，π为常数圆周率，ω为角频率：ω＝[100πρt/(μ0L2)]
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，L为导线电性源的长度，d(t)为对应时间计算得到视深度，即时...

【专利技术属性】
技术研发人员：苏本玉，于景邨，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：