井下瞬變電磁探水儀的設計

曹春曉 廖旺濤 黃雯 何格

摘 要：此項目是研發一款基于瞬變電磁法的原理來探測地質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及塌陷區，探測礦井工作面頂板富水性，礦井水害超前探測等進行具體詳細的分析，兼擴展應用于隧道的開鑿、城區建筑基坑中防空洞探測等。

關鍵詞：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計

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，穩定性不高，無法商業化使用。國內的高端設備依賴國外進口，因此井下瞬變電磁探水儀有著極其廣闊的發展前景，只要我們進一步研究，增加創新點，將井下瞬變電磁探水儀的性能優化，提高其在礦業領域的應用性能，必定能填補我國超前遙感探測技術領域的空白，改變長期以來我國此類設備依靠進口的被動局面，進行商業生產。

二、井下瞬變電磁探水儀的工作原理

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

瞬變電磁測量的數據來源于各個測道的瞬時感應電壓，通過晚期場公式可將其轉化為視電阻率，從而可以從更深層次來分析數據。

視電阻率計算公式：

（式中：ρ為視電阻率，Ω·m;t為測量時長，ms;μ0為真空磁導率;m為發射磁矩，A·m2;V（t）為感應電壓，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的分析出此地界地質情況或積水分布情況。視電阻率的轉換應用使得數據分析更加有力，更加明顯易懂的通過數據來對地下地質情況、含水情況等進行分析。

三、井下瞬變電磁探水儀優勢分析

（1）“動態軟件剔除法”改善超低頻瞬變電磁“關斷效應”，有效解決了因關斷時間校對而帶來的誤差。

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

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

（4）智能數據融合反演軟件設計可解決復雜地質條件下解的模糊性問題。由于各地地質條件復雜，因此進行地質反演時會出現多解或者無解現象，為此我們設計了一種“基于證據理論的數據融合技術”，并利用此技術開發出了自適應智能化反演軟件。

井下瞬變電磁探水儀設備對含水構造及含水采空區反映活絡、施工方便快捷、體積效應小、探測距離大等都包含其中。該項技術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，探測煤礦采空區及塌陷區，礦井水害超前探測等，兼擴展應用于隧道的開鑿、城區建筑基坑中防空洞探測，具有較廣泛的應用市場和較好的應用前景。

參考文獻：

[1]嵇艷鞠，林君，程德福，等.瞬變電磁法中數據取樣處理方法的研究[J].物探與化探，2003（2）.

[2]曹勝洪.關于煤田水文地質調查中瞬變電磁法的應用分析[J].科技創新與應用，2015（19）.