瞬变电磁探测技术及在潘一矿东区的应用

瞬变电磁探测技术是近年来广泛应用于煤矿井下地质探查工作的物探技术。本文在对瞬变电磁法探测原理的分析研究的基础上,对瞬变电磁探测的工作方法进行了研究。该探测方法对低阻体反映灵敏,尤其是在矿井水文探测时,受全空间影响,信噪比提高,可对井下巷道顶底板及超前水体进行探测;利用YCS40（A）型矿井瞬变电磁仪在潘一矿东区的部分巷道进行赋水性探测,深度-电阻率反演结果的解释与实际基本吻合,探测深度和解释方法可供参考。为巷道掘进提供了及时可靠的理论依据,缩短了巷道工期,在矿井水文地质探测中具有广泛的推广应用前景。     

全程瞬变电磁法浅层勘探数据的处理方法

快速、高效的地面勘探技术是解决工程建设中遇到的浅层地质问题的关键.基于半空间瞬变电磁勘探理论,利用多匝重叠小回线装置,通过物理实验模拟全程瞬变电磁勘探技术,探讨剔除法处理后的地质异常体对半空间重叠小回线浅层瞬变电磁的响应特征及变化规律.结果表明：瞬变电磁对浅层高低阻异常体响应明显,等值线响应变化规律性强.纯背景条件下剔除仪器自身因素造成的干扰数据体,并对剔除后得到的新数据体进行反演处理,可准确地反映被测地质体的浅层信息.剔除干扰数据体方法对提高瞬变电磁全程勘探能力行之有效,为相关研究提供了借鉴.     

基于电磁场合矢量的陷落柱三维模拟及其探测

为了了解瞬变电磁场在含水陷落柱中的传播过程及电磁场响应特征,为瞬变电磁法超前探测掘进头前方的含水区提供理论支撑。建立矿井全空间含水陷落柱的地球物理模型,采用基于Yee网格的三维时域有限差分算法,模拟了电磁场的扩散过程,分析了在含水陷落柱影响下的全空间瞬变电磁场的时空分布特征,对电磁场某一方向上的分量进行了分析,并首次基于电场合矢量进行了详细描述,分析了电场合矢量的传播规律及响应特征,最后通过数值模型算例以及实际应用来验证瞬变电磁法探测含水陷落柱的有效性和适用性。结果表明：数值模拟采用适合瞬变电磁场计算的CPML(卷积完全匹配层)边界进行求解,可以减弱截断边界对计算结果的影响;模拟过程中含水低阻体能够显著地影响瞬变电磁场扩散过程,随着感应电场向上下空间不断地扩散,由于电场EX、Ey和Ez至少有两个极值的存在,若电场的畸变较小时,变化情况容易被淹没,一定程度上影响了异常体位置的准确判定,说明仅利用单一方向场量不利于分析低阻异常体的确切范围;而用合矢量来描述电磁场的扩散过程,感应电场合矢量仅有一个极大值,位于图形中心,感应电场此时已经到达低阻陷落柱内部,电场的分布受到陷落柱的的显著影响,用合矢量来描述电磁波的扩散情况,可精确分析出异常体的位置,更能体现低阻体的电性、形态、位置等特征;实际应用也表明瞬变电磁法不仅可以探测到掘进头前方的含水陷落柱,还可以确定其方位和距离,说明数值模拟和实际应用都表明瞬变电磁法是探查含水陷落柱的有效方法之一。     

电偶源海洋瞬变电磁法三维数值模拟与响应特征研究

由于海底能源资源勘查和其他研究的需要,人工源海洋电磁法已经成为一个研究热点。使用傅里叶伪谱法来模拟瞬变水平电偶极源对不同三维海底模型的响应,与全空间解析解对比,验证算法的正确性。海底低阻体模型响应说明,时间域电磁法可以连续地追踪电磁场扩散及与海底低阻体的响应过程。高阻体模型响应说明,可以通过研究早期电磁场的幅值随收发距的变化来确定高阻体的存在。     

矿井瞬变电磁法在潘二煤矿11223底板巷超前探测中的应用

本文从超前预测预报巷道前方富水性着手,利用瞬变电磁法,结合地质控层钻孔资料进行分析,确定巷道前方低阻异常区,如灰岩含水层、富水溶洞,从而保障巷道在施工过程中的安全掘进。     

深海拖曳式瞬变电磁的响应规律

通过分析深海堆积型热液硫化矿的电性特征,建立探测深海热液金属硫化物矿床地电模型:运用瞬变电磁全空间理论计算方法,模拟计算深海热液金属硫化物矿床瞬变电磁响应,为设计深海拖曳式瞬变电磁系统提供依据.计算结果表明:深海与无海水情况下的瞬变电磁相比,响应曲线形态变化不大,响应幅值显著增加;拖曳高度严重降低了低阻矿化层的瞬变电磁响应幅值:随着拖曳高度的增加,低阻矿化层的异常响应向后延迟并迅速衰减,当拖曳高度超过50 m时异常响应将难以分辨;在一般情况下,在1～100 ms时窗内可以探测到海底金属硫化矿层引起的异常.     

基于瞬变电磁法的整合矿井火区分布探测方法

 针对资源整合矿井火区探测中普通探测技术耗时长、工程量大,且难以直接定位火区范围等问题,研究了基于瞬变电磁法的火区分布探测方法。以北祖矿为例,在井下全空间条件下,结合地质资料和现场地质情况,采用瞬变电磁仪对北祖矿9209 风巷上覆煤层进行超前探测和剖面探测,反演计算形成超前、剖面视电阻率图,根据巷道上覆煤层在视电阻率图中的响应特征,通过定性分析确定巷道上覆煤层的自然发火区域。结果表明,基于瞬变电磁法的整合矿井火区分布探测方法能够准确定位火区分布范围,可为打钻探测及灌浆堵漏等矿井防灭火工程提供科学依据,明显提高工程效率及效果。     

大地电磁二维正演响应特征试算

采用基于有限差分的大地电磁二维正演程序,分别对单个低阻异常体、高低阻复合异常体和断层两侧高阻异常体模型进行了模拟计算,对比TE、TM视电阻率和相位特征以及TP振幅的响应规律进行模拟归纳并且总结出大地电磁二维正演的响应特征,为大地电磁方法的设计和数据解释提供参考与借鉴.通过计算结果表明:在二维大地电磁测深正演响应特征中,TE、TM视电阻率和相位以及TP幅值展现出不同的形态,其中TE模式可以更好地分辨纵向地质体异常,TM模式可以更好地分辨横向地质体异常.     

煤矿井下综合物探超前探测技术与应用

为了查明掘进巷道前方是否存在异常区,排除富水构造给煤矿生产带来的潜在安全隐患,采用矿井瞬变电磁法和高密度电法超前探测方法,探查巷道掘进前方的地质情况。巷道超前探测、超前预报对于煤矿的安全掘进有着非常重要的作用。通过实例说明,采用综合物探手段对掘进巷道超前探测,可以达到仅采用一种物探手段而不能达到的效果。在实际工程勘探中,可以准确反映出巷道前方地质异常体的空间特征,为矿井防治水害提供了依据。     

采掘工作面顶板含水构造应用矿井瞬变电磁探查技术

一、引言长期以来,采煤工作面内和巷道掘进前方的地质构造异常、顶（底）板突水灾害等问题一直困扰着煤矿安全生产．而其中的水害是影响矿井安全生产最多的重大灾害,由于矿井突水迫使工作面停产、搬迁．造成人员伤亡的事故屡见不鲜。目前,直接探测矿井各种突水构造的物探方法主要有矿井直流电法勘探方法、无线电波透视法、音频电透视法、瑞雷波法、矿井地质雷达法和矿井瞬变电磁法等,矿井瞬变电磁法凭借其对低阻异常体反应灵敏,方向性强,体积效应小、横向分辨率高、工作效率高和成本低等优点．在探测隐伏含（导）水构造、充水钻孔、采空区积水等方面取得了很好的应用效果,因此矿井瞬变电磁法应用于井下探测是一种很有发展前途的电磁探测方法。     

基于有限元数值模拟的直流电阻率激电找矿探测技术

为提高直流电阻率激电探测成果地质解释准确性,促进直流电阻率激电在找矿勘查中的应用,采用有限元数值模拟对直流电阻率激电探测中低阻高极化体、直立板状体、低阻盖层、高阻盖层、地表不均匀体、地形起伏及实测数据反演解释几个主要方面进行了对比分析。研究结果表明,对于实际勘查中的反演解释结果,根据异常特征构建地质体模型并进行有限元数值模拟,能快速判别探测目标体异常属性、区分虚假异常,提高定量解释水平及找矿勘查效率。研究结果为直流电阻率激电找矿探测定量解释提供了参考。     

复杂地形地质条件下矿井富水性探测技术与应用

黄土塬区地形地质条件复杂,运用瞬变电磁法开展矿井水探测能取得较好效果。在试验基础上,获取了测区大定源回线装置最佳发射框尺寸、发射频率及供电电流等参数,并将其运用于有效性试验,获得了区内视电阻率分布特征。实验区视电阻率三维切片图表明:煤系地层中不连续分布的低阻异常,推断为巷道分布位置;由于顶板冒落,裂隙可能导通上部砂岩含水层,建议开采前采取有效的探放水措施。     

高密度电法在非煤矿山老窑采空区探测中的应用

由于矿山开采存在不明废弃老窑及采空区、老窑采空区资料不详、边界和积水情况不明等问题,矿山生产存在严重安全隐患。本文以湖南冷水江某金属矿山老窑采空区探测为例,采用高密度电法实施了4条物探测量剖面,经数据反演处理解译,共推断出8个采空区异常,其视电阻率特征均为高阻异常,显示其均为非充水采空区,根据已有矿体产出形态,推测采空区体积共约2 484 m³,基本确定了采空区的整体情况。     

电法超前探技术探讨与应用

探讨了巷道前方存在低阻地质异常体时的电阻率表现特征。结合对某煤矿辅1、辅2两条巷道超前探测的实例,介绍了电法超前探技术的工作方法、解释方法和应用效果。探测结果表明,该方法在探查地层含水性方面效果明显。     

瞬变电磁法对多种采空区的探测精度

由于煤矿不断向深部开采,很多煤矿出现了不同深度、不同层次的采空区,而且大部分采空区还存在积水,给煤矿的安全生产带来隐患.为了提高瞬变电磁法对各类采空区的探测精度,建立了高、低阻电性不同的双层采空区组合以及同一开采水平面相邻采空区组合的电性模型进行数值模拟,研究它们在不同层间距或不同水平距离下的电磁场响应规律.结果表明:双层采空区的存在会使瞬变电磁响应变得复杂,增大解析难度;瞬变电磁法易于穿透高阻层,下层采空区的响应容易受到上层低阻屏蔽的影响;瞬变电磁法能够分辨一定层间距的高阻-低阻双层采空区,其他双层采空区难以分辨;瞬变电磁法容易分辨相邻采空区,不同电性的相邻采空区分辨能力也有所不同.     

基于瞬变电磁法的采空区含水体分布探测

为探明采空区含水体层次结构、展布范围以及富水状况,以黑龙江省鸡东县某矿为例,根据不同赋存状态下岩层、煤层、采空区及其含水层电阻率的差异,采用PROTEM瞬变电磁仪进行地面探测,分析采空区含水体的二次场变化情况,捕捉低阻异常体,进而反演成像。结果表明：测区内局部地段塌陷裂隙、断层发育明显;1、3号异常区为采空区含水体,2号异常区为断层裂隙含水体。瞬变电磁法探测结果与现场钻探结果一致。该方法为煤矿防治水工作、煤矿水害事故应急救援及煤炭资源整合提供了可靠的技术支持。     

基于二维高密度电阻率勘探数据的三维反演及应用

针对目前高密度电阻率法所采用的数据处理方法主要是把地质结构体视为二度体进行二维处理,从而二维数据资料处理结果只是一种近似解释,其计算精度与反演效果达不到精确反演的要求,设计一种典型的地质体模型,利用有限单元法进行正演计算,对含有高斯随机误差的各测线二维正演数据分别进行高密度电阻率法二维、三维反演,对比二维和三维的反演结果.最后在广东某场地采用高密度电阻率法对岩层划分,利用二维勘探的数据进行二、三维反演.研究结果表明:三维反演受高斯随机误差的影响更小,反演结果与实际地质模型更接近;三维反演在岩层划分中更能凸显岩层分界面区域,岩层的空间分布及岩层、覆盖层的整体连续性能更真实地体现,与钻探结果吻合程度更好.     

均匀半空间中心回线瞬变电磁法正演研究

通过对均匀半空间中心回线装置瞬变电磁法表达式分析,可以为瞬变电磁法的反演提供理论正演数据、可以为瞬变电磁法的反演提供一定的方法,同时还可以为野外生产设计与室内数据筛选与剔除提供一定的参考。通过一个反演实例说明在晚期微小的二次电位误差将对视电阻率的计算会产生很大的影响,并编制了matlab程序计算各种工作装置和视电阻率理论正演二次电位衰减到噪声影响程度高的准确时间,对工程设计、评价视电阻计算的准确度及剔除受噪声影响严重的数据有一定的参考性。     

基于地应力椭球和椭圆的松动圈计算方法

采用地应力椭球和地应力椭圆分析方法,结合实测的车集矿地应力结果,以及矿区地质资料、地应力测量中揭露的地质情况,研究原岩应力与巷道松动圈的关系.结果表明:在地应力作用下,不同的巷道走向将影响到其周边围岩的受力状况,随着地应力椭圆离心率的增大,巷道周围受力的不均匀性增加.走向一定的情况下,将应力椭圆视为围岩破碎带的形状,从而进行巷道断面形状的优化和支护参数的优选是合理可行的.