礦井瞬變電磁探測技術(shù)系統(tǒng)與應(yīng)用

紀(jì)改玲+++沈鐘++++宋玉斌

摘要：礦業(yè)生產(chǎn)作為國家支柱產(chǎn)業(yè)之一，其對(duì)于國家能源發(fā)展和工業(yè)建設(shè)有著重要作用。因此礦業(yè)發(fā)展一直以來都是國家關(guān)注重點(diǎn)領(lǐng)域，而隨著近幾年我國各行業(yè)安全生產(chǎn)意識(shí)不斷提升，使得礦井勘探技術(shù)成為我國礦業(yè)發(fā)展主要研究重點(diǎn)之一。本文介紹了礦井瞬變電磁探測技術(shù)相關(guān)原理以及技術(shù)特點(diǎn)，并提出了相關(guān)發(fā)展建議。供相關(guān)專業(yè)人士探討和研究。

關(guān)鍵詞：礦井；瞬變電磁儀；水害；探測

近幾年，隨著我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展，使得對(duì)于煤礦等礦產(chǎn)資源的需求也在不斷提升。而由于礦井事故等新聞在各大媒體上不斷出現(xiàn)，使得人們對(duì)于礦井生產(chǎn)安全的關(guān)注也在不斷提升。礦井瞬變電磁探測技術(shù)作為一種先進(jìn)探測技術(shù)，對(duì)于促進(jìn)災(zāi)難預(yù)防與排除有著非常重要作用。礦井瞬變電磁探測技術(shù)已在我國東部多個(gè)地區(qū)進(jìn)行了應(yīng)用，取得了良好效果。

1瞬變電磁探測技術(shù)原理

目前在我國大多數(shù)礦井采用直流電法勘探技術(shù)進(jìn)行相關(guān)勘測。這種探測技術(shù)應(yīng)用成熟并且成本較低。但是其在實(shí)際應(yīng)用中也易受到礦井內(nèi)部環(huán)境干擾，從何影響數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。而瞬變電磁探測技術(shù)憑借其自身特性，極大提高了相關(guān)勘測準(zhǔn)確度。

瞬變電磁探測技術(shù)是指利用不接地的回線，向礦井下發(fā)送電磁場，并利用電磁場間隔期間，測量相應(yīng)介質(zhì)所產(chǎn)生二次場，從而通過分析相關(guān)數(shù)據(jù)得出其中的各項(xiàng)信息。礦井瞬變電子技術(shù)主要應(yīng)用范圍是在地下幾百米深度的巖層進(jìn)行，而在該深度巖層中進(jìn)行工作時(shí)，由于空間限制，使得其只能使用多匝小回線進(jìn)行探測。在礦井中，相應(yīng)電感應(yīng)電動(dòng)勢能夠充分反映所在巖層典型特征，其主要體現(xiàn)在礦井瞬變電磁視電阻率，通過相關(guān)數(shù)據(jù)可以使管理人員充分了解礦井以下情況，方便依據(jù)實(shí)際情況采取相應(yīng)的開采方案，保障生產(chǎn)安全。

2瞬變電磁探測技術(shù)介紹

瞬變電磁探測技術(shù)作為一種新型勘探技術(shù)，其余結(jié)合了探測、成像等多個(gè)方面綜合技術(shù)。通過這些技術(shù)綜合應(yīng)用，可以使礦井內(nèi)部情況得到充分表現(xiàn)，從而使相關(guān)工作人員可以采取合理方案和措施應(yīng)對(duì)突發(fā)狀況。礦井瞬變電磁探測所包含技術(shù)主要包括：多項(xiàng)交叉探測技術(shù)、數(shù)據(jù)成像技術(shù)。

2.1多項(xiàng)交叉探測技術(shù)。多項(xiàng)交叉探測技術(shù)對(duì)于礦井瞬變電磁相關(guān)數(shù)據(jù)收集有著非常重要意義和作用。在收集到礦井瞬變電磁相關(guān)數(shù)據(jù)后，繪制順層切片面件或者水平切片，從而更加直觀地反映礦井下地址在某一水平高度上的相關(guān)特征，從而為相關(guān)工作提供更加準(zhǔn)確數(shù)據(jù)資料。在礦井下進(jìn)行瞬變電磁探測工作面頂板和底板時(shí)，其相關(guān)探測線分別布置在工作面機(jī)巷和風(fēng)巷近工作面一側(cè)，而對(duì)于垂直測線斷面觀測系統(tǒng)，可以根據(jù)實(shí)際的勘測地理環(huán)境采取相應(yīng)位置和角度，保證數(shù)據(jù)精確性。

2.2數(shù)據(jù)成像技術(shù)。數(shù)據(jù)處理和成像技術(shù)是礦井瞬變電磁探測中一個(gè)重要組成部分，目前主要應(yīng)用軟件是中國礦業(yè)大學(xué)研制的相應(yīng)系統(tǒng)。其主要處理步驟如下：首先，進(jìn)行收集與處理。按照觀測方向，對(duì)數(shù)據(jù)中歸一化感應(yīng)電位值進(jìn)行相應(yīng)提取，再進(jìn)行濾波處理，通過相應(yīng)計(jì)算方法得到視電阻率衰減具體情況。其次，進(jìn)行時(shí)深轉(zhuǎn)換。時(shí)深轉(zhuǎn)換主要是將數(shù)據(jù)處理得到的相關(guān)電阻率變化情況轉(zhuǎn)化成深度軸，再進(jìn)行換算。最終計(jì)算出的信號(hào)傳播速度與介質(zhì)磁導(dǎo)率、探測天線有效邊長等都有著一定關(guān)系。再次，進(jìn)行數(shù)據(jù)提取。在進(jìn)行完時(shí)深轉(zhuǎn)換之后，可以得到電阻率再不同深度變化情況，再利用差值可以得到探測范圍內(nèi)所有深度情況下視電阻率，從而得到相應(yīng)數(shù)據(jù)。最后，繪制切片圖。根據(jù)提取結(jié)果，在相應(yīng)水平高度平面內(nèi)提取式電阻率，從而生成相應(yīng)等值線圖，并經(jīng)過處理之后得到切片圖件。

3礦井瞬變電磁探測技術(shù)裝置特點(diǎn)

礦井瞬變電磁探測技術(shù)性能和裝置對(duì)于最終探測結(jié)果有著非常重要影響，其技術(shù)特點(diǎn)和裝置特點(diǎn)主要表現(xiàn)在：

3.1技術(shù)特點(diǎn)。由于礦井瞬變電磁探測技術(shù)是通過分析二次場衰減趨勢來得到相應(yīng)的數(shù)據(jù)，因此其相比于傳統(tǒng)勘測方式有著一系列優(yōu)勢。這些優(yōu)勢包括：對(duì)地質(zhì)結(jié)構(gòu)反應(yīng)靈敏、體積效應(yīng)相對(duì)較小、橫向與縱向的分辨率相對(duì)較高、占用空間小、可以進(jìn)行超前探測、采用非接觸式探測法、相應(yīng)勘探工作開展方便。

3.2裝置特點(diǎn)。目前，礦井瞬變電磁探測主要采用是多匝小回線磁偶極源，此裝置可以與地質(zhì)地貌有著比較好的耦合。并且響應(yīng)曲線較為簡單，接收電平也相對(duì)較高，因此可以較為方便地進(jìn)行鋪設(shè)，同時(shí)保證相關(guān)數(shù)據(jù)分析較為既準(zhǔn)確。

4礦井順便電磁以發(fā)展情況

礦井瞬變電磁探測技術(shù)在國外已有較長的發(fā)展歷史，其相關(guān)技術(shù)應(yīng)用也較為成熟。目前國際上較為先進(jìn)的產(chǎn)品是由加拿大公司Geonics所生產(chǎn)EM系列、Crone所生產(chǎn)PEM系列以及澳大利亞公司所生產(chǎn)SIROTEM系統(tǒng)。這些產(chǎn)品已在國際上得到了廣泛應(yīng)用，取得了良好的實(shí)際應(yīng)用效果。

而隨著近幾年我國安全生產(chǎn)意識(shí)不斷提高，國內(nèi)很多企業(yè)也逐漸開始相關(guān)設(shè)備研發(fā)和生產(chǎn)工作。目前國內(nèi)的主要產(chǎn)品有：西安物化研究所生產(chǎn)LC系統(tǒng)、中國有屬工業(yè)總公司北京礦產(chǎn)地質(zhì)研究所生產(chǎn)的TEM-3S系統(tǒng)。這些儀器主要是地面探測儀器。而目前在國內(nèi)，還沒有用于井下數(shù)據(jù)采集的相關(guān)系統(tǒng)。

5相關(guān)改進(jìn)建議

礦井內(nèi)部環(huán)境是復(fù)雜而多變。因此其勘探技術(shù)不僅僅要考慮地質(zhì)環(huán)境本身狀況，同時(shí)還要與水文、鉆探等多個(gè)領(lǐng)域進(jìn)行合作。因此在未來。礦井瞬變電磁探測技術(shù)需要結(jié)合多方面面角度來開展相應(yīng)工作，從而保證探測數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性。同時(shí)為了加快數(shù)據(jù)處理速度，需要對(duì)相關(guān)算法進(jìn)行優(yōu)化和調(diào)整，保證地質(zhì)環(huán)境切片可以充分反映地質(zhì)狀況，獲取相應(yīng)數(shù)據(jù)資料。

同時(shí)，核心技術(shù)缺失是我國很多科研領(lǐng)域都普遍面臨的問題。對(duì)于礦井瞬變電磁探測技術(shù)來說也是如此。因此相關(guān)部門需要加大相應(yīng)科研投入，促進(jìn)其核心技術(shù)研發(fā)，提高相關(guān)科研人員培訓(xùn)，并在實(shí)際開采過程中進(jìn)行積極運(yùn)用。通過這些積極措施，可以使我國礦井勘探技術(shù)得到了長足發(fā)展，從而提高我國礦業(yè)生產(chǎn)效率，實(shí)現(xiàn)可持續(xù)發(fā)展。

最后，作為一種新型技術(shù)，礦井瞬變電磁探測在應(yīng)用時(shí)，可能會(huì)影響到一些礦業(yè)單位生產(chǎn)效率。因此有關(guān)部門年需要做好相應(yīng)扶持工作，對(duì)應(yīng)用新技術(shù)的企業(yè)給予一定補(bǔ)貼，從而促進(jìn)相關(guān)產(chǎn)品進(jìn)步、推廣。

參考文獻(xiàn)：

[1] 于景邨，胡兵，劉振慶等.礦井瞬變電磁探測技術(shù)的應(yīng)用[J].物探與化探，2011，35（4）：532-535.

[2] 張平松，劉盛東，李培根等.礦井瞬變電磁探測技術(shù)系統(tǒng)與應(yīng)用[J].地球物理學(xué)進(jìn)展，2011，26（3）：1107-1114.

[3] 岳建華，姜志海.礦井瞬變電磁探測技術(shù)與應(yīng)用[J].能源技術(shù)與管理，2006，（5）：72-75.endprint