井下瞬變電磁探水儀的設(shè)計(jì)

曹春曉 廖旺濤 黃雯 何格

摘 要：此項(xiàng)目是研發(fā)一款基于瞬變電磁法的原理來探測地質(zhì)體狀況的井下瞬變電磁探水儀，主要用于對探測煤礦采空區(qū)及塌陷區(qū)，探測礦井工作面頂板富水性，礦井水害超前探測等進(jìn)行具體詳細(xì)的分析，兼擴(kuò)展應(yīng)用于隧道的開鑿、城區(qū)建筑基坑中防空洞探測等。

關(guān)鍵詞：瞬變電磁探水儀;總體方案;工作原理

中圖分類號：P631.325;P641.4

文章編號：2095-624X（2019）01-0038-01

一、井下瞬變電磁探水儀的總體方案設(shè)計(jì)

目前的井下瞬變電磁探水儀一般分辨率高，信噪比高，但是觀測裝置不夠靈活，穩(wěn)定性不高，無法商業(yè)化使用。國內(nèi)的高端設(shè)備依賴國外進(jìn)口，因此井下瞬變電磁探水儀有著極其廣闊的發(fā)展前景，只要我們進(jìn)一步研究，增加創(chuàng)新點(diǎn)，將井下瞬變電磁探水儀的性能優(yōu)化，提高其在礦業(yè)領(lǐng)域的應(yīng)用性能，必定能填補(bǔ)我國超前遙感探測技術(shù)領(lǐng)域的空白，改變長期以來我國此類設(shè)備依靠進(jìn)口的被動(dòng)局面，進(jìn)行商業(yè)生產(chǎn)。

二、井下瞬變電磁探水儀的工作原理

瞬變電磁法工作方法：發(fā)射回線通有一定值的電流，向地下發(fā)射一次脈沖磁場，當(dāng)發(fā)射回線原通有的電流突然消失時(shí)，基于電磁感應(yīng)定律，在發(fā)射回線四周會(huì)產(chǎn)生電磁波，隨后向四周傳播，在此過程中電磁波遇地質(zhì)體內(nèi)的良性導(dǎo)體，在其內(nèi)部產(chǎn)生電流，隨著時(shí)間的推移電流進(jìn)行衰減，產(chǎn)生二次磁場地，隨后接收回線接收二次磁場。電流隨時(shí)間的衰減規(guī)律也反映了電磁場隨時(shí)間改變的規(guī)律，衰減過程分為早、中、晚三期，不同時(shí)期的電磁場相當(dāng)于頻率域即時(shí)間域中的不同部分，反映出不同的相關(guān)特征。與此同時(shí)，發(fā)射能量利用率的提高、信號接收平穩(wěn)、工作時(shí)長增加等都提高了瞬變電磁探水儀的工作性能。

瞬變電磁測量的數(shù)據(jù)來源于各個(gè)測道的瞬時(shí)感應(yīng)電壓，通過晚期場公式可將其轉(zhuǎn)化為視電阻率，從而可以從更深層次來分析數(shù)據(jù)。

視電阻率計(jì)算公式：

（式中：ρ為視電阻率，Ω·m;t為測量時(shí)長，ms;μ0為真空磁導(dǎo)率;m為發(fā)射磁矩，A·m2;V（t）為感應(yīng)電壓，μV;q為接收線圈有效面積m2。）

通過視電阻率的整體、縱向、橫向等變化情況可以更有根據(jù)的分析出此地界地質(zhì)情況或積水分布情況。視電阻率的轉(zhuǎn)換應(yīng)用使得數(shù)據(jù)分析更加有力，更加明顯易懂的通過數(shù)據(jù)來對地下地質(zhì)情況、含水情況等進(jìn)行分析。

三、井下瞬變電磁探水儀優(yōu)勢分析

（1）“動(dòng)態(tài)軟件剔除法”改善超低頻瞬變電磁“關(guān)斷效應(yīng)”，有效解決了因關(guān)斷時(shí)間校對而帶來的誤差。

（2）“回能鉗式”技術(shù)提高了能量利用率，改善了高功率發(fā)射機(jī)的下降沿及環(huán)路器件過熱而燒毀的狀況，并且30安時(shí)的鋰電池可以連續(xù)使用8小時(shí)以上，能量效率提高了5倍，極大地節(jié)省了能量。

（3）“時(shí)頻展縮與隨機(jī)共振”結(jié)合提高系統(tǒng)對微弱信號檢測能力，利用時(shí)頻展縮變換可有效解決信號窄帶寬信號的問題。

（4）智能數(shù)據(jù)融合反演軟件設(shè)計(jì)可解決復(fù)雜地質(zhì)條件下解的模糊性問題。由于各地地質(zhì)條件復(fù)雜，因此進(jìn)行地質(zhì)反演時(shí)會(huì)出現(xiàn)多解或者無解現(xiàn)象，為此我們設(shè)計(jì)了一種“基于證據(jù)理論的數(shù)據(jù)融合技術(shù)”，并利用此技術(shù)開發(fā)出了自適應(yīng)智能化反演軟件。

井下瞬變電磁探水儀設(shè)備對含水構(gòu)造及含水采空區(qū)反映活絡(luò)、施工方便快捷、體積效應(yīng)小、探測距離大等都包含其中。該項(xiàng)技術(shù)主要是基于井下探測而研究，主要用于探測礦井工作面頂板富水性，探測煤礦采空區(qū)及塌陷區(qū)，礦井水害超前探測等，兼擴(kuò)展應(yīng)用于隧道的開鑿、城區(qū)建筑基坑中防空洞探測，具有較廣泛的應(yīng)用市場和較好的應(yīng)用前景。

參考文獻(xiàn)：

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