专利名称：一种井下瞬变电磁超长距离探测方法
一种井下瞬变电磁超长距离探和旅本发明涉及一种地球物理勘探领域，更具体地讲，涉及一种井下瞬变电磁 超长距离电磁探测方法。 背录駄瞬变电磁技术多年来一直用于地面勘探，它是利用不接地回线向地下发送 脉冲电流，以激励探测目标体感应二次电磁场，脉冲间歇期间，利用接收线圈 观测二次场随吋间变化的响应。由于井下属全空间勘探，与地而半空间勘探在物理模型、施工方式、解释 方法等方而有着本质区别，地面通用的其边长为数百米的方框大线圈，大功率 供电、中心式观测技术，在井下根本无法使用，从而大大限制了该技术在煤矿井下的应用和发展。加之井下巷道空间狭窄、Ki器及金属设备较多、条件复杂、干扰因素众多，目前，煤矿井下瞬变电磁探测距离仅能达到100m左右。我国有着丰富的煤炭资源，相对于我国高产高效矿井而言，100m的测距很难满足煤矿生产需求。而近年来，煤矿透水等重大事故屡屡发生， 一幕幕血泪 矿难场景，震撼着我们的心灵，也一次次提醒我们，如何进一步提高井下探测 距离，査明深部地质构造，保障煤矿安全生产，是摆在煤田水文地质工作者面 前现实而又迫切的任务。研究能提高探测距离、稳定探测效果的井下瞬变电磁探测技术，无论对瞬 变电磁技术在煤矿井下的推广与发展，还是对丰富我国煤矿井下物探技术、提 前探明突水隐患、减少和杜绝恶性透水事故发生、保障矿井安全，确保煤炭工 业的可持续发展，都具有重大的现实意义和理论意义。 发明内容本发明目的是提供一种能提高探测距离、稳定探测效果的超长距离井下瞬变电磁探测方法。本发明的方法所釆用的系统，包括由接收机和接收线圈组成的接收系统， 由发射机和发射线圈组成的发射系统以及启动接收系统和发射系统的电源。本发明提供的方法是先对环境噪声进行测量，然后将所测环境噪声从最终 的探测结果中予以剔除。目前，井下瞬变电磁探测都是直接开机发射、接收， 忽视了环境噪声的干扰问题。在发射机关机状态下，所探测的信号就是噪声信 号。而常规探测到的信号，则包括了有效信号及噪声信号两部分，由于环境噪 声的存在，对发射信号构成一定程度上的干扰，影响探测距离。本发明人发现， 启动发射系统前先利用接收系统逐点对环境噪声进行测量，并将环境噪声从最 终所探测的结果中剔除，可使井下探测距离得到大幅提高。其中，根据噪声的 特点可分别采取单点去噪、区间去噪等方法将环境噪声剔除。本发明提供的井下探测方法优选技术方案包括如下步骤a. 接通系统电源后，先启动接收系统，对环境噪声进行测量；b. 启动发射系统，使发射线圈产生一个脉冲电磁场；C.通过接收机和接收线圈对探测范围内的电磁场信号进行同步接收，然后 对所接收信号进行去噪处理后绘制瞬变场电阻率等值线图；d.根据瞬变场电阻率等值线图判断井下低阻异常区的分布范围及位置。 本发明所提供探测方法优选发射机的频率优选为6. 25Hz。发射线圈优选为边长lm的方框。根据煤矿井下巷道断面小及金属、电器设 各多的实际情况，将设备配套发射线框由原来的2mX2m，改造为lmXlm。同吋， 辅以电缆、管路落地、上挂等措施，为线框摆放腾出空间。大量应用表明，改造后的lmXlm发射线框，井下适应性强，可以较好地避 开巷内电缆、管路、道轨、皮带等金属体对电磁波的吸收、导引等干扰，大幅度提高探测距离及效果。在前期所统计的43次探测中，38次采用的是lmX lm发射线框，探测距离 一般都能达到150 200m，最大可达到360m，很好满足了煤矿井下探测的需要。本发明人根据井下环境条件及现场测试情况，进行发射频率、框间距、框 位置、采样门数等多参数优化，选择最佳施工方法组合，确保数据质量，在提 高探测距离及效果方面发挥了重要作用。系统电源由内置电源和与其连接的外接电源共同组成。内置电源电压优选 为12V，外置电源电压优选为24V，系统电源的电流优选为3.5A。测距大、对水敏感、定向性好、探测效果稳定，是本技术的最大优势。木 发明具体有如下有益效果(1) 本发明方法对探测结果进行去噪处现，避开了探测过程中各种噪声的 干扰；采用低频探测技术，增强发射功率等，使探测距离从100ra提高到220m， 最大达到了 360m，大大提高了探测距离。(2) 采用小线圈探测技术，发射线圈采用边长为lra的方形线框，其尺寸 縮减了一倍，便于线圈在井下的摆放，避开了巷内电缆、管路等线性良导体对 电磁波的吸收、导引，使探测距离和探测效果大幅提高。(3) 提高了探测效率。以巷道超前探测为例，传统电法探测距离80m，耍 预留20m防水煤柱，每掘进60m探测一次，每次掘进需要3 4小时，1000m巷 道需进行16次探测，采用本发明的方法，只需一次探测、耗时3 4小时，效 率提高近20倍。(4) 本发明探测控制范围由传统的"线探测"发展为"面探测"，控制范 围大幅度增加。(5) 解决了以往定向难的问题，以往井下物探探水最有效的方法，就是直 流电法，此方法不能定向。本发明的方法彻底改变了传统探测方法探水不能定 向的局面，开创了煤矿井下物探定向探水的新纪元。截至目前，已在开滦、淮南、皖北、徐州、邯邢、承德等大水矿区15个矿 井、50多个生产地区开展工作，最大测距达到300 360m。探出大的含水异常 13处、解放受水威胁的煤炭资源422万吨，实现经济效益33570万元。
图1是本发明探测方法流程示意图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步描述:所用系统是PR0TEM47瞬变电磁仪， 探测步骤如图l所述a. 接通系统电源后，先启动接收系统，进行环境噪声测量；b. 启动发射系统，给发射机供电使发射线圈产生一个脉冲电磁场；c. 通过接收机和接收线圈对探测范围内的电磁场信号进行同步接收，然后 对接收信号进行去噪处理后绘制瞬变场电阻率等值线图；d. 根据瞬变场电阻率等值线图判断井下低阻异常区的分布范围及位置。 实施例l在启动发射机之前，首先通过启动接收系统对所测点环境噪声进行测量， 然后再启动发射系统对井下进行探测，井下探测完成后，采用TEMINT室内专用 软件剔除环境噪声，消除环境噪声对探测结果的影响，使其探测结果更真实、 测距加大。其中，消除环境噪声的方法通常有两种单点去噪和区间去噪。当 相邻测点噪声差异较大时，采用单点去噪方法逐点将噪声消除；当相邻测点噪 声差异较小时，则可用区间除噪法，即将各点噪声视为同一数值，统一去除相 邻测点噪声。 实施例2根据厂家仪器说明书提供的资料，PR0TEM47瞬变电磁仪在工频50Hz地区作时，厂方建议使用25、 62.5、 237.5Hz三种频率，井下则只建议使用25Hz — 种频率。但现场工作时发现，有些矿井(地区)干扰信号对25Hz影响较大，常 常无法工作。我们突破禁区，开展了煤矿井下6.25Hz探测试验研究工作。探测 距离大幅提高到150m以上，最大达到360m。此夕卜，在有些矿井(地区)探测中，如显德汪矿1923运料巷左帮探测中25Hz 频率噪声干扰很大、数据无法使用，改用6.25Hz取得理想效果。发明人在课题试验研究阶段，总共43次探测中，单独使用6. 25Hz探测9 次，25Hz和6. 25 Hz两种频率探测同时使用或对比使用10次，两项合计共计 19次，约占总探测次数的45%,取得明显技术效果。2006.1.5，邢东矿2121运输巷左帮探测中，在探测环境及供电电压、框间 距等工作参数完全相同的条件下，6.25Hz测距达到150m， 25Hz测距仅95m。 6. 25Hz探测深度明显较25Hz大。 实施例3根据煤矿井下巷道断面小及金属、电器设备多的实际情况，将设备配套发 射线框由原来的2mX2m，改造为lmXlm。同吋，辅以电缆、管路落地和上挂等 措施，为线框摆放腾出空间。大量应用表明，改造后的lmXlm发射线框，井下适应性强，可以较好地避 开巷内电缆、金属管路、道轨、皮带等金属体对电磁波的吸收、导引等干扰， 探测距离及效果大幅度提高。在前期所统计的43次井下探测中，38次采用的是lmXlm发射线框，探测 距离达到150 200m，最大达到360m，很好地满足了煤矿井下探测需要。 实施例4采用PR0TEM47瞬变电磁仪，设备内置12V供电电源，探测距离较小，在仪 器12V内接电源的基础上，又增加了一个24 V外接电源，探测距离得到了大幅 提咼。在东庞矿-480南大巷同一巷道、同一位置、同等环境条件下，在第一期 (2006.1. 20)井下探测时采用12V内接电源，其供电电流为1. 0A，探测距离为 150m;在第二、三期(2006. 3. 2和2006. 4. 5)井下探测中，采用外接24V电源， 电流增至3. 5A，测距达到300 360m。 实施例5a. 接通系统电源后，先启动接收系统，通过启动接收系统对所测点环境噪 声进行测量；b. 启动发射系统，给发射机供电使发射线圈产生一个脉冲电磁场；在 PR0TEM47瞬变电磁仪12V内接电源的基础上，增加一个24 V外接电源，电流增 至3. 5A， 使用lmX lm发射线框；c. 通过接收机和接收线圈对探测范围内的电磁场信号进行同步接收，然后 对所接收信号采用TEMINT室内专川软件剔除环境噪声后绘制瞬变场电阻率等值 线图；d. 根据瞬变场电阻率等值线图判断井下低阻异常区的分布范围及位置。 截至目前，利用本发明已在开滦、淮南、皖北、徐州、邯邢、承德等大水矿区15个矿井、50多个生产地区开展工作，测距达到300 360m。探出大的含 水异常13处、解放受水威胁的煤炭资源422万吨，实现经济效益33570万元。以上本发明的实施例，仅以说明为目的，并不用以限制本发明。凡在本发 明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明 的保护范围之内。
权利要求
1. 一种井下瞬变电磁超长距离探测方法，所采用的系统包括由接收机和接收线圈组成的接收系统、由发射机和发射线圈组成的发射系统以及启动接收系统和发射系统的电源，其特征在于先进行环境噪声测量，然后将环境噪声从探测结果中剔除。
2、 根据权利要求1所述的探测方法，其特征在于包括如下步骤(a) .接通系统电源后，先启动接收系统，进行环境噪声测量；(b) .启动发射系统，给发射机供电使发射线圈产生一个脉冲电磁场；(c) .通过接收机和接收线圈对探测范围内的电磁场信号进行同步接收， 然后对所接收信号进行去噪处理后绘制瞬变场电阻率等值线图；(d) .根据瞬变场电阻率等值线图判断井下低阻异常区的分布范围及位置。
3、 根据权利要求1或2所述的探测方法，其特征在于所述发射机的频率为 6. 25Hz 。
4、 根据权利耍求1或2所述的探测方法，其特征在于所述发射线圈为边长 lm的方框。
5、 根据权利要求2所述的探测方法，其特征在于步骤c中的去噪处理包括 单点去噪和区间去噪。
6、 根据权利要求1或2所述的探测方法，其特征在于所述电源的电压为36V。
7、 根据权利要求6所述的探测方法，其特征在于所述电源的电流为3.5A。
8、 根据权利要求6所述的探测方法，其特征在于所述电源由内置电源和与 其连接的外接电源共同组成，内置电源电压为12V，外置电源电压为24V，电流 为3. 5A。
9、 根据权利要求1或2所述的探测方法，其特征在于包括如下步骤(a) .接通系统电源后，先启动接收系统，进行环境噪声测量；其中，电 源的电压为36V、电流为3.5A;(b) .启动发射系统，给发射机供电使发射线圈产生一个脉冲电磁场；其 中，发射机的频率为6.25Hz;发射线圈为边长lm的方框；(c) .通过接收机和接收线圈对探测范围内的电磁场信号进行同步接收， 然后对所接收信号进行去噪处理后绘制瞬变场电阻率等值线图；其中去噪处理 包括单点去噪和区间去噪；(d) .根据瞬变场电阻率等值线图判断井下低阻异常区的分布范围及位置。
10、 根据权利要求9所述的探测方法，其特征在于步骤(a)中，所述电源 由内置电源和与其连接的外接电源共同组成，内置电源电压为12V，外置电源电 压为24V;步骤(c)中的去噪处理包括单点去噪和区间去噪。
全文摘要
本发明提供了一种井下瞬变电磁超长距离探测方法。本发明先对环境噪声进行测量，然后将所测环境噪声从最终的探测结果中予以剔除。本发明电源电压采用为36V、电流采用3.5A、发射机的频率采用6.25Hz。本发明采用小线圈探测技术，便于线圈在井下的摆放并避开了巷内电缆、管路等线性良导体对电磁波的吸收、导引，使探测距离和探测效果大幅提高。本发明具有测距大、对水敏感、定向性好的优势，探测距离可达360米。
文档编号G01V3/18GK101281255SQ200810110590
公开日2008年10月8日 申请日期2008年6月4日 优先权日2008年6月4日
发明者孙吉益, 崔焕玉, 张根良, 李文峰, 李智文, 李玉宝, 杜木民, 王玺瑞, 高小青 申请人:河北煤炭科学研究所