圈（一般放置在发射线圈附近l〇m之内）中产生较强互感;U形发射线源一次 场主要集中在探测方向一定范围内（见图6)，关断供电电流时在接收线圈中产生的互感弱。
[0047] 测试是在某巷道6号测点进行，测点后方2m处有一辆矿车。图7为矿车干扰下6号测 点实测数据，横坐标为采样时间，纵坐标为磁场强度。图中加号线为常规方形回线源探测数 据，点线为U形螺线源探测数据。由图7可见，U形螺线源关断时间（80ys)明显小于方形回线 源关断时间（240ys)，U形螺线源探测数据曲线更加圆滑，说明采集的数据质量更好，抗干扰 能力更强。使用U形螺线源采集的磁场强度整体小于方形回线源，是因为U形螺线源发射磁 矩小于方形回线源发射磁矩，这不影响探测的准确性。
[0048] 实施例2
[0049] 为了说明基于U形螺线源的矿井瞬变电磁探测装置与方法的有效性，本发明给出 了某次现场探测结果。
[0050] 某煤层底板岩层主要由砂岩、泥岩和石灰岩组成。其中石灰岩是奥陶系石灰岩，距 离煤层底板平均距离40m，平均厚度42m，奥陶系石灰岩中的岩溶裂隙水为主要充水水源。为 了查明巷道底板地层地质及水文地质条件，消除水害隐患，进行了井下瞬变电磁探测。本次 探测采用本发明基于U形螺线源的矿井瞬变电磁探测装置与方法。本次探测根据需要布置 了 100m长度的测线，间距10m设置一个测点，共采集了 11个测点的数据。
[0051] 图8为数据处理后得到的120m深度范围内的成果图，图中横坐标为100m的测线，纵 坐标为探测深度，剖面颜色的深浅代表电阻率的大小，颜色越深代表视电阻率越低。在图中 粧号51-60m，深度50-80m处有一低阻异常区（图中圈定范围），视电阻率小于3 Ω · m，推测为 奥灰岩溶裂隙含水区。后钻探验证，钻探结果与探测结果一致。
[0052] 实施例3
[0053]以实施例2中6号测点(粧号60m处)的数据处理为例对数据处理方法进行演示。
[0054]数据采集完成后，6号测点(粧号60m处)原始数据见表1，包括30个时间门的采样时 间和磁场强度值。首先计算第一个采样点的视电阻率和深度，计算过程如下：
[0055] (1)给定二分搜索初始取值区间[Pa=l Ω · m，Pb = 500 Ω · m]，最小相对误差emin = 0.01ο
[0056] (2)计算中值电阻率Pi=(pa+Pb)/2 = 250.5Q · m，带入半空间正演公式BZm(i)=f [Pi，t () i ]计算中值电阻率所对应的理论磁感应强度Bzm( i) = 1.5e-013T。
[0057] (3)计算观测值Bz(i)=6.7e-012T与理论值^4丨）=1.56-0131'之间的相对误差￡ =0.98，因为￡>6 1^11，进入下一步。
[0058] (4)因为Bz(i)>Bzm(i)，所以Pb = Pi = 250.5Q · m。返回步骤（2)继续执行。
[0059] (5)经过步骤（2)~（4)的 10次迭代计算，ρρΖΟ.ΟΩ · m，e = 〇.〇〇69,此时ε < emin， 所以Ρ1 = 20.0Ω ·πι即为第1采样点的全区视电阻率，计算对应深度得到^ = 4.41!!!。
[0060] 以上为第1采样点视电阻率和深度的计算过程。同样的步骤，依次可计算得到6号 测点所有30个采样点的视电阻率和深度(见表2)。
[0061] 最后经过探测验证，本发明的装置以及方法精确度高，所计算的结果与探测结果 完全一致。
[0062]表1实施例2中6号测点原始观测数据
[0064] 表2实施例2中6号测点数据处理结果
【主权项】
1. 一种基于u形螺线源的矿井瞬变电磁探测装置，包括发射线圈、发射机、主机和接收 线圈；所述发射线圈与发射机连接，发射机和接收线圈均与主机连接;其特征在于，所述发 射线圈设有非导电U形支架和供电电线，所述供电电线W密绕螺线的方式缠绕在U形支架 上，供电电线的起点在U形支架的一端，终点在U形支架的另一端，两端各预留出2-3m连接线 与发射机连接。2. 根据权利要求1所述的一种基于U形螺线源的矿井瞬变电磁探测装置，其特征在于， 所述的U形支架由两个直管和一个半圆形弯管组成，直管和半圆形弯管之间通过螺纹接口 连接。3. 根据权利要求2所述的一种基于U形螺线源的矿井瞬变电磁探测装置，其特征在于， 所述两个直管尺寸相同，半圆形弯管外径与直管外径一致。4. 根据权利要求3所述的一种基于U形螺线源的矿井瞬变电磁探测装置，其特征在于， 所述直管的外径为160mm-320mm，长度0.5m-2m;所述半圆形弯管外径160mm-320mm，半圆的 直径 0.5m-2m。5. 根据权利要求1所述的一种基于U形螺线源的矿井瞬变电磁探测装置，其特征在于， 所述U形支架由不导电材料PVC做成。6. 根据权利要求1所述的一种基于U形螺线源的矿井瞬变电磁探测装置，其特征在于， 所述发射线圈通过供电电线与发射机连接，发射机和接收线圈通过信号线与主机连接。7. 根据权利要求1所述的一种基于U形螺线源的矿井瞬变电磁探测装置，其特征在于， 所述发射线圈与接收线圈间隔1 -5m。8. 根据权利要求1所述的一种基于U形螺线源的矿井瞬变电磁探测装置，其特征在于， 所述发射机和主机距离发射线圈和接收线圈Im之外。9. 根据权利要求1~8任意一项权利要求所述的一种基于U形螺线源的矿井瞬变电磁探 测方法，其特征在于:该探测方法的具体步骤为： 1) 布置测线，在巷道内确定探测起点、终点位置，沿测线在巷道侧帮用粉笔或油漆每隔 5m或1 Om标上标记； 2) 组装仪器，将发射线圈通过供电电线与发射机连接，将发射机和接收线圈通过信号 线与主机连接;使发射线圈与接收线圈保持间隔l-5m;使发射机和主机距离发射线圈和接 收线圈Im之外； 3) 数据采集，采集时，整个探测装置作为一个整体，首先放置在测线起点位置进行一次 数据采集;然后，按照标在巷道侧帮的标记，每隔5m或10m进行一次数据采集，直至测线终 点' ； 4) 数据处理，下面给出t(i)采样时间点基于二分捜索算法的全区视电阻率计算步骤： 4.1 )给定二分捜索初始取值区间[Pa, Pb]，最小相对误差Emin; 4.2) 计算中值电阻率Pl=(Pa+Pb)/2，带入半空间正演公式Bzm(i)=f[Pl，t(i)]计算中 值电阻率所对应的理论磁感应强度Bz"(i); 4.3) 计算观测值83(1)与理论值83"(1)之间的相对误差6=战"(1)-83。）|/83(1);如果￡ < Emin,则Pi即为全区视电阻率，对应深度Di计算公式关其中μ日二仙X 1 0-7N/A2为真空磁导率，α = 0.3为全空间系数，第0个采样时间点t (0) = 0，计 算结束;否则，进行下一步； 4.4)如果Bz (i) >Bzm( i)贝ijpb=Pi，反之Pa=Pi;返回步骤2)继续执行。
【专利摘要】本发明涉及一种基于U形螺线源的矿井瞬变电磁探测装置与方法，所述发射线圈设有非导电U形支架和供电电线，所述供电电线以密绕螺线的方式缠绕在U形支架上，供电电线的起点在U形支架的一端，终点在U形支架的另一端，两端各预留出2-3m连接线与发射机连接，发射线圈与接收线圈保持间隔1-5m；发射机和主机距离发射线圈和接收线圈1m之外，基于二分搜索算法进行全区视电阻率计算，本发明采用U形螺线源，减小发射线圈附近干扰源对一次场的干扰，提高了数据质量、探测精度和分辨率；减小了发射线圈与接收线圈之间的互感，即减小了关断时间和探测盲区；减小了发射线圈的尺寸，更加适应井下狭小的巷道空间；计算结果精确，结构简单易于实现。
【IPC分类】G01V3/28
【公开号】CN105549100
【申请号】CN201610006760
【发明人】李飞, 尹尚先, 张超, 刘德民, 潘建旭, 韩永, 杨德方, 郑贵强
【申请人】华北科技学院
【公开日】2016年5月4日
【申请日】2016年1月7日