矿井瞬变电磁探测几个问题探讨

为提高矿井瞬变电磁资料解释的水平,通过理论公式的计算和实测资料的统计,探讨了矿井瞬变电磁探测中3.个影响资料解释的问题。通过满足晚期条件(τ/L16)的时间参数的计算、矿井瞬变电磁探测实际关断时间和实际晚期视电阻率计算公式的应用效果分析,结果表明晚期公式不适用于矿井瞬变电磁法。矿井瞬变电磁法测量是来自两个半空间的综合响应,视电阻率计算时应进行校正。矿井金属干扰实测数据的统计分析表明铁轨、刮板输送机等金属体的干扰远远强于金属锚网、吊装皮带,实际工作时应尽量避免这些干扰源。     

全空间瞬变电磁全区视电阻率优化二分搜索算法

将优化二分搜索算法应用于全区视电阻率计算,以期提高计算精度和运算效率。以均匀全空间回线源中心的瞬变响应为基础,探讨全空间磁感应强度垂向分量Bz及其时间变化率Bz/T核函数曲线特征,推导晚期视电阻率表达式。给出全空间条件下由Bz/T数值积分计算Bz的方法,并通过模拟计算对转换精度进行分析。对瞬变延时T一定时Bz和Bz/T相对于电阻率ρ的单调性进行研究,结果表明Bz为ρ的单值函数,满足对ρ二分搜索的条件,而Bz/T为ρ的双值函数,其二分搜索的前提是辅助参数Z在变量ρ的取值区间内恒满足Z≤1.225,并在此基础上对二分搜索的初始区间和具体流程进行了优化。模型算例和应用实例表明,该优化算法计算速度快、精度高,并可同时获得由Bz和Bz/T定义的全区视电阻率ρall和ρ'all。     

定源瞬变电磁数据的时频转换反演技术研究

目前定源回线瞬变电磁数据处理主要还是通过一维反演进行视电阻率计算。为了实现时域瞬变电磁数据快速三维正反演,提高反演精度,基于时频转换理论,采用正则化技术、有限差分法和NLCG反演算法,研究了理想模型及实测数据频域的三维正反演。解决了时频转换过程中矩阵奇异性求解的问题,成功实现了瞬变电磁响应时域向频域的转换和瞬变电磁响应频域的三维正反演。     

矿井瞬变电磁法在石墨矿中的应用

为了对石墨矿采空区及裂隙带富水性进行评价,开展了瞬变电磁法在矿井中的应用方式探究。结合矿井实际条件,将瞬变电磁技术应用到井下巷道内进行探测,采用多匝数和小回线(边长1 m左右)井下测量装置,对即将掘进的巷道迎头进行不同仰角全方位的数据测量;利用瞬变电磁视电阻率晚期公式计算不同方位的视电阻率,绘制同一仰角不同方位的扇形视电阻率剖面图,从而圈定前方的相对富水异常区。通过钻孔进行抽放水并验证,发现瞬变电磁法探测深度大约60 m左右,该方法可有效地预测巷道掘进迎头前方的含水异常,以及前方采空区的积水情况和裂隙发育区的含水情况,从而达到排查水害的目的。     

瞬变电磁水平分量在采空区探测中的应用

我国是当今世界上第一产煤大国与第一消费量大国,煤炭资源丰富,煤矿开采历史很久。煤矿地质灾害防治问题显得尤为突出,一些大水矿井由于水文地质情况不明而导致的事故时有发生。因此探明煤矿采空区、断层、陷落柱和风氧化带,并对采空区、陷落柱及局部地层富含水性进行评价是煤矿安全生产急需解决的问题。近年来,瞬变电磁法多被我院用于探明煤矿采空区的空间分布和积水情况,探测目标特征多表现为横向不均匀,但该方法一直停留在对瞬变电磁场垂直分量信息的解释应用上,对于目前的生产活动而言,信息量较少、勘探精度低,难以提高解释水平。而瞬变电磁水平分量响应的变化比垂直分量响应更明显,比垂直分量具有更高的分辨率,因此以某采空区探测工程瞬变电磁资料为例介绍水平分量的应用及效果[1]。     

垂直磁偶源频率测深中场分量等效电阻率的研究

讨论了水平多层价质表面垂直磁偶源频率测深中电场水平分量，磁场水平分量和垂直分量定义的等效电阻率及其算法，对渐近特性的分析表明，在波区条件下，各场分量等效电阻率分别收敛于各自的波区视电阻率；在近区条件下，它们分别收敛于用近区公式计算的视电阻率或不同的水平渐近线，对均匀大地，此渐近线值即为大地真电阻率；对复杂的地电断面，此渐近线值由收发距和地电参数决定，在中间区，随电距离的减小，各场分量等效电阻率自适     

矿井瞬变电磁法在采空区超前预报中的应用

为了准确有效地预测预报掘进迎头前方采空区,提出采用二分法对矿井瞬变电磁法进行全区视电阻率的提取,该计算方式很好地解决了视电阻率晚期计算方式在早期段的畸变对数据处理造成的影响,应用实例表明全区视电阻率计算方法在资料处理和解释中要优于晚期计算方法,可将其推广至以后的实际应用中。     

瞬变电磁法二次场变化形态对反演视电阻率函数形态变化影响的研究

通过对大量的瞬变电磁法二次场实测信号处理过程的研究,发现微弱的信号变化即影响着单点反演视电阻率函数特性,进而影响到二维视电阻率断面异常形态及位置,而常用中心回线二次场表达式中主要因子表达式为无穷级数,通过对该函数进行Extended Freundlich模型非线性拟合后,可直接代入视电阻率随深度变化的一次导函数,初步得出了视电阻率曲线变化随二次场实测信号变化的基本关系。     

锚网支护对矿井瞬变电磁响应的影响与校正

巷道中锚网支护对矿井瞬变电磁探测结果影响较大。为研究施工过程中锚网造成的干扰响应机制,基于COMSOL软件模拟锚网支护下不同探测距离时矿井瞬变电磁响应特征,分析其影响规律;结合相关井下试验,研究不同探测方向时锚网对矿井瞬变电磁的干扰特征;对某矿井下受锚杆支护干扰的瞬变电磁原始数据采用多项式拟合函数进行校正处理。研究表明:锚网支护使瞬变电磁接受的二次场感应电动势显著偏大,锚网干扰程度在一定范围内与线框的距离反相关,且探测线框平面正对金属体时受到的干扰响应最大。采用的校正方法很好地还原了真实电阻率分布特征,提高了解释精度。     

基于电性标志层识别的瞬变电磁精准处理技术

地面瞬变电磁资料解释精度的进一步提高一直是该方法研究的重点内容。以瞬变电磁烟圈效应扩散理论为依据,通过双倍旅程和平均速度概念建立了时深转换方法,以克服瞬变电磁采用简单经验公式计算实测数据时可能出现的深度翻转问题;以三维地震成果数据获取的9号煤层深度作为电性标志层校正标准,采用视电阻率微分极值点识别该电性标志层,通过比值法计算相应瞬变电磁测点的深度校正系数K值,然后采用内插方法得到测区任意点K值,以校正瞬变电磁在计算探测深度时出现的偏差。通过堡子矿钻孔ZKB1-1和ZK201电阻率测井资料分别建立了正演理论模型,计算了瞬变电磁响应,并和钻孔旁瞬变电磁实测数据的视电阻率微分极值对比,结果表明,两者基本一致,能够准确识别电性分界面。以矿区256线和344测线为例说明了电性标志层识别效果,计算了堡子矿全区深度校正系数,对该区资料进行了精细处理,圈定了工作区奥灰顶低阻异常区,以视电阻率为基本参数,分析评价了该区的地层赋水性强弱。根据奥灰顶视电阻率平面图以及地表径流,结合断层构造的分布特征,确定了导水通道存在及位置。最后通过钻孔验证表明:该方法处理探测深度精度误差小于5%,达到了对地面瞬变电磁资料的精细解释。     

利用综合物探法精准探测弓长岭露天矿采空区

为了对弓长岭露天矿采空区进行精准探测,首先根据高密度电阻率法,利用温纳、偶极、单边三极等装置采集的探测数据划分了各类地质条件下单采空区和双采空区的高、低阻模型,通过对比分析电阻率的差异,实现了对水平方向密集排列和垂向分布采空区的准确探测;然后结合瞬变电磁法,利用重叠回线、中心回线、分离回线、框一回线等装置,建立了同一地质体的地质及地球物理识别模型,通过观测线圈瞬变磁场结构、频率随时间和空间的变化信息,对该采空区的位置和规模进行了精准探测;最后,为了准确测定采空区的位置、规模、顶板厚度等信息,对高密度电阻率法、瞬变电磁法的探测数据进行处理,并结合现场地质实际情况进行综合解译,形成了采空区分布断面图和平面图。探测结果表明：弓长岭露天矿存在3个浅部采空区和2个深部采空区,进一步说明,将高密度电阻率法与瞬变电磁法有机结合,实现了探测技术的优势集成,有助于实现对采空区进行快速、准确探测。     

地孔瞬变电磁法超前探测数值模拟响应特征

为了避免传统井下瞬变电磁超前探测受巷道中电磁干扰信号、锚网、掘进机等影响,提出一种在地面布设发射回线,在煤矿井下掘进工作面或工作面水平钻孔中测量瞬变电磁场三分量信号的超前探测方法。该方法具有径向探测深度大、三分量接收探头离异常体近、异常场占总场的比值高而更易发现异常体等特点。基于瞬变电磁三维时域有限差分正演算法,对均匀半空间模型、均匀半空间含孤立异常体模型以及异常体位于水平钻孔不同方位的地孔瞬变电磁三分量的总场和异常场响应特征进行了系统研究。发现三分量总场和异常场之间总体符合烟圈效应,总场和异常场三分量衰减曲线或者多测道曲线形态随时间的变化特征可以采用不同时刻感应电流环相对于测点或者测线的位置来进行分析;在不考虑互感现象的情况下,地下接收的不同时刻的三分量响应完全可以看成是背景电流环和异常电流环的叠加,其中异常场的三分量形态可以采用垂直于一次场方向相同形状的电流环来拟合;另外当异常体位于水平钻孔不同方位时,异常场X分量均表现为S型,Y分量和Z分量表现为单峰异常,且不同象限异常场三分量组合形态不同,据此可以判断异常体所在钻孔的深度和方位。最后在地面进行了地孔瞬变电磁超前探测方法的相似性试验,验证了理论模型响应特征的正确性。     

金属体支护下煤层工作面瞬变电磁探测技术研究

依据物理模拟相似性准则,采用物理实验模拟和井下试验相结合的方法,研究了工作面侧帮工字钢和锚网两种金属支护体的瞬变电磁响应特征和规律。研究结果表明:工字钢支护产生的瞬变电磁电位响应最强,金属锚网支护产生的瞬变电磁电位响应次之,无金属体支护下的瞬变电磁电位响应幅值最小。根据不同金属支护体的瞬变电磁响应特征,从矿井瞬变电磁法视电阻率计算公式推导出煤层工作面金属支护体的影响校正数学模型,并提出了相应的数据处理技术。该技术有效地避开了金属支护体的干扰,减少了假低阻异常赋水体的出现。     

瞬变电磁法探测断层构造的有效性分析

为了研究瞬变电磁法探测断层构造的有效性,以典型的K型、H型层状模型为基础,建立了不同断距断层构造的理论模型,分析了不同断距条件下瞬变电磁的响应特征.发现当断层构造存在时,瞬变电磁晚期视电阻率断面表现为连续渐变电性变化规律:在上升盘区域,中间层层厚变大,异常幅值增强;在断层带附近,表现为层厚变薄,电阻率异常幅值减弱;在下...     

铁轨影响下煤层底板瞬变电磁探测技术应用

为了减少铁轨对瞬变电磁探测煤层底板的影响,采用物理实验模拟和井下试验相结合的方法,研究了铁轨影响下煤层底板的瞬变电磁响应特征,并总结出瞬变电磁响应规律。结果表明:受铁轨影响的瞬变电磁感应电位明显增大,感应电位衰减时间延长,含水异常区的视电阻率值明显低于未受铁轨影响时的视电阻率值。经校正得到的视电阻率断面图能准确反映煤层底板含水异常区的位置范围和赋水情况,提高了铁轨影响下瞬变电磁探测煤层底板含水异常区的准确性。     

矿井瞬变电磁探测技术在煤系地层探测中的研究与应用

 介绍了矿井瞬变电磁探测技术的基本原理,从瞬变场的结构出发,说明视电阻率计算公式与地面的区别。通过调整天线的法线与巷道迎头左侧、正前方和右侧的角度,布置11个测点,可以探测迎头前方的地质异常。让天线的法线方向与煤层工作面顶、底板分别成450,可以探测工作面顶、底板方向岩层的电性变化情况。对采集到的数据进行处理,绘制视电阻率等值线断面图,结合地质资料可以准确判定地质异常区域的位置和富水性强弱。探测结果表明,该方法在煤矿水文探测中效果较好,对解决煤矿水文地质问题是一种快捷、高效的勘查手段。     

矿井瞬变电磁超前探测视电阻率扩散叠加解释方法

受体积效应的影响,矿井巷道瞬变电磁超前探测时对异常区有不同程度的放大。为获得更为可靠的测试结果,在扇形超前观测系统的基础上,通过烟圈简化反演,并根据不同测点在巷道前方形成的烟圈交汇特征,推导视电阻率扩散叠加表达式及相关参数计算公式,实现了超前探测视电阻率扩散叠加解释方法,进一步提高对前方地质体的分辨能力。物理模型实验和现场探测实践表明,与常规视电阻率断面对比,视电阻率扩散叠加结果对异常体的判定效果优越性较强,对巷道掘进前方含水体的聚焦判定能力增加。     

基于相似模拟的浅埋深煤层覆岩采动裂隙分析

根据相似模型试验,探讨了运用视电阻率法的物探技术来反演浅埋深覆岩采动裂隙发育演化规律的可行性,分析了采动过程中浅埋深煤层覆岩变形破坏前后电性参数的变化及其与覆岩裂隙发育范围、程度之间的关系。研究发现:视电阻率法可以探测浅埋深煤层覆岩采动裂隙的演化过程,电阻率变化率的等值线图可以体现裂隙发育形态,提出以电阻率变化率作为划分覆岩破坏"三带"的标准。在浅埋深煤层的采动过程中,上覆岩层导水裂缝带的范围持续向上方、前方扩展,但裂隙在水平与垂直方向的发育具有不平衡性,薄基岩层明显阻碍了裂隙向上的发育,水平方向的裂隙发育范围明显大于垂直方向。而一旦裂隙发育突破了基岩层,就会瞬间贯通该基岩层上方的附着岩层或地表。