井下瞬变电磁探水仪的设计

曹春晓 廖旺涛 黄雯 何格

摘 要：此项目是研发一款基于瞬变電磁法的原理来探测地质体状况的井下瞬变电磁探水仪，主要用于对探测煤矿采空区及塌陷区，探测矿井工作面顶板富水性，矿井水害超前探测等进行具体详细的分析，兼扩展应用于隧道的开凿、城区建筑基坑中防空洞探测等。

关键词：瞬变电磁探水仪;总体方案;工作原理

中图分类号：P631.325;P641.4

文章编号：2095-624X（2019）01-0038-01

一、井下瞬变电磁探水仪的总体方案设计

目前的井下瞬变电磁探水仪一般分辨率高，信噪比高，但是观测装置不够灵活，稳定性不高，无法商业化使用。国内的高端设备依赖国外进口，因此井下瞬变电磁探水仪有着极其广阔的发展前景，只要我们进一步研究，增加创新点，将井下瞬变电磁探水仪的性能优化，提高其在矿业领域的应用性能，必定能填补我国超前遥感探测技术领域的空白，改变长期以来我国此类设备依靠进口的被动局面，进行商业生产。

二、井下瞬变电磁探水仪的工作原理

瞬变电磁法工作方法：发射回线通有一定值的电流，向地下发射一次脉冲磁场，当发射回线原通有的电流突然消失时，基于电磁感应定律，在发射回线四周会产生电磁波，随后向四周传播，在此过程中电磁波遇地质体内的良性导体，在其内部产生电流，随着时间的推移电流进行衰减，产生二次磁场地，随后接收回线接收二次磁场。电流随时间的衰减规律也反映了电磁场随时间改变的规律，衰减过程分为早、中、晚三期，不同时期的电磁场相当于频率域即时间域中的不同部分，反映出不同的相关特征。与此同时，发射能量利用率的提高、信号接收平稳、工作时长增加等都提高了瞬变电磁探水仪的工作性能。

瞬变电磁测量的数据来源于各个测道的瞬时感应电压，通过晚期场公式可将其转化为视电阻率，从而可以从更深层次来分析数据。

视电阻率计算公式：

（式中：ρ为视电阻率，Ω·m;t为测量时长，ms;μ0为真空磁导率;m为发射磁矩，A·m2;V（t）为感应电压，μV;q为接收线圈有效面积m2。）

通过视电阻率的整体、纵向、横向等变化情况可以更有根据的分析出此地界地质情况或积水分布情况。视电阻率的转换应用使得数据分析更加有力，更加明显易懂的通过数据来对地下地质情况、含水情况等进行分析。

三、井下瞬变电磁探水仪优势分析

（1）“动态软件剔除法”改善超低频瞬变电磁“关断效应”，有效解决了因关断时间校对而带来的误差。

（2）“回能钳式”技术提高了能量利用率，改善了高功率发射机的下降沿及环路器件过热而烧毁的状况，并且30安时的锂电池可以连续使用8小时以上，能量效率提高了5倍，极大地节省了能量。

（3）“时频展缩与随机共振”结合提高系统对微弱信号检测能力，利用时频展缩变换可有效解决信号窄带宽信号的问题。

（4）智能数据融合反演软件设计可解决复杂地质条件下解的模糊性问题。由于各地地质条件复杂，因此进行地质反演时会出现多解或者无解现象，为此我们设计了一种“基于证据理论的数据融合技术”，并利用此技术开发出了自适应智能化反演软件。

井下瞬变电磁探水仪设备对含水构造及含水采空区反映活络、施工方便快捷、体积效应小、探测距离大等都包含其中。该项技术主要是基于井下探测而研究，主要用于探测矿井工作面顶板富水性，探测煤矿采空区及塌陷区，矿井水害超前探测等，兼扩展应用于隧道的开凿、城区建筑基坑中防空洞探测，具有较广泛的应用市场和较好的应用前景。

参考文献：

[1]嵇艳鞠，林君，程德福，等.瞬变电磁法中数据取样处理方法的研究[J].物探与化探，2003（2）.

[2]曹胜洪.关于煤田水文地质调查中瞬变电磁法的应用分析[J].科技创新与应用，2015（19）.