煤业公司瞬变电磁培训PPT.ppt
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1、华胜煤业瞬变电磁技术培训,福州勘达源电子科技有限公司 2011年11月18号,前言,矿井物探技术是一门根据地下岩层物理性质的差异,借助一定的工作装置和专门的物探仪器测量其物理场的分布状况,通过分析和研究地下岩层物理场的变化规律,结合有关地质资料解决一定的地质问题,为地质工作者提供帮助一门技术。,1、矿井物探的概念,2、井下常用的几种物探方法,(1)地震勘探技术:反射波探测方法、面波探 测方法 (2)电磁法勘探技术:直流电法、高分辨电法、高密度电法、 音频电透视、瞬变电磁 (3)无线电波坑透技术,第一部分 瞬变电磁法原理,第一节 瞬变电磁探测技术的物理基础 第二节 瞬变电磁概念 第三节 瞬变电磁
2、系统组成,第一节 瞬变电磁物理基础,电磁法探测是以地层的电性差异为基础的。从电性上分析不同地层的电性分布规律为:煤层电阻率值相对较高,砂岩次之,粘土岩类最低。由于煤系地层的沉积序列比较清晰,在原生地层状态下,其导电性特征在纵向上固定的变化规律,而在横向上相对比较均一。当存在构造破碎带时,如果构造不含水,则其导电性较差,局部电阻率值增高; 如果构造含水,由于其导电性好,相当于存在局部低电阻率值地质体。 综上所述,当断层、裂隙和陷落柱等地质构造发育时,无论其含水与否,都将打破地层电性在纵向和横向上的变化规律。这种变化规律的存在,为以岩石导电性差异为物理基础的电磁法探测方法提供了良好的地质条件。,随
3、着煤炭生产规模的扩大,煤矿井下水患及各种地质突发灾害不断发生,人力、物力损失巨大,为此,迫切需要一种能用于煤矿井下的物探新方法。瞬变电磁法(TEM)作为一种利用不接地回线或接地线源向地下发送一次脉冲磁场,在一次脉冲磁场的间歇期间,利用线圈或接地电极观测二次涡流场的电磁感应方法,它有着频率域电磁法所不具备的许多优点,但同时由于电磁理论的复杂、对资料解释手段的滞后、对理论基础及仪器要求较高、其研究的时间较晚等原因,瞬变电磁法在国内的应用仅局限于科研单位,还没有广泛推广与应用,而将瞬变电磁法勘探用于矿井生产,更为滞后。 矿井瞬变电磁法(MTEM)是利用井下巷道空间进行瞬变电磁应用的专门装备与技术。矿
4、井瞬变电磁采用同地面瞬变电磁法相同的工作原理,但又区别于地面方法。首先在仪器设备上要求适应井下温度、湿度高以及含瓦斯复杂环境,并通过国家相关论证的本质安全型瞬变电磁仪;其外在施工技术上矿井瞬变电磁受巷道空间限制只能采用多匝数、小面积回线组合工作装置,虽然在探测深度上有很大限制,但却比地面瞬变电磁更高的分辨率、体积效应小、旁侧影响小、测量速度快和轻便等优点。通过近20年井下应用实践,矿井瞬变电磁技术凭借其对良导体敏感、非接触式、可多方位探测等特点,在矿井水害探测与防治中取得良好的应用效果。本质安全型仪器极大推进了该技术应用。,本安型瞬变电磁仪介绍,瞬变电磁法物理基础是电磁感应原理,据此理论,在电
5、导率和磁导率均匀的大地上,敷设输入阶跃电流的回线,当发送回线中电流突然断开时,在下半空间就要被激励起感应涡流场以维持在断开电流前存在的磁场,此瞬间的电流集中在回线附近的地表,并按指数规律衰减。随后,面电流开始扩散到下半空间中,在切断电流后的任意晚期时间里,感应涡流呈多个层壳的环带状,随着时间的延长,涡流场将向下及向外扩散。感应涡流场在地表引起的磁场为整个“环带”各个涡流层的总效应,这种效应可以用一个简单的电流环等效,表现为一系列与发送线圈同形状并且向下向外扩散的电流环,通常称之为“烟圈”。在发送一次脉冲磁场的间歇期间,观测由地下地质体受激励引起的涡流产生的随时间变化的感应二次场(按指数规律衰减
6、)。地层介质被激励所感应的二次涡流场的强弱决定于地层介质所耦合的一次脉冲磁场磁力线的多少,即二次场的大小与地下介质的电性有关:低阻地质体感应二次场衰减速度缓慢,二次场电压较大;高阻地质体感应二次场衰减速度较快,二次场电压较小。根据二次场衰减曲线的特征,就可以判断地下地质体的电性、性质、规模和产状等,由于瞬变电磁仪接收的信号是二次涡流场的电动势(即二次电位),对二次电位进行归一化处理后。因此,瞬变电磁作为一种时间域的人工源地球物理电磁感应探测方法,是根据地质构造本身存在的物性差异来间接判断相关地质现象的一种有效的地质勘探手段。 任一时刻地下涡旋电流在地表产生的磁场可以等效为一个水平环状线电流的磁
7、场。在发射电流刚关断时,该环状线电流紧接发射回线,与发射回线具有相同的形状。随着时间的推移,该电流环向下、向外扩散,并逐渐变形为圆电流环。图1-2示意了发射电流关断后不同时刻地下等效电流环的分布。从图中可以看到,等效电流环很像从发射回线中“吹”出的一系列“烟圈”,因此,人们将地下涡旋电流向下、向外扩散的过程形象的称为“烟圈效应”。,烟圈理论,烟圈形状,第二节 瞬变电磁概念,瞬变电磁法(Transient Electromagnetics Method, TEM)是以地下岩(矿)石的导电性与导磁性差异为主要物质基础,根据电磁感应原理,利用不接地回线或接地线源向地下发送一次脉冲磁场,在一次脉冲磁场
8、的间隙期间,利用线圈或接地电极观测二次涡流场,并研究该场的空间与时间分布规律, 来寻找地下矿产资源或解决其它地质问题的一支时间域的电磁法。,第二节 瞬变电磁概念,图3-1 瞬变电磁发射,图3-2 瞬变电磁接收,第二节 瞬变电磁概念,瞬变电磁概念的三个部分 (1)发射脉冲电流:脉冲电流产生稳定的磁场 (2)电磁感应:变化的磁场在闭合回线中会产 生感应电动势与感应电流 (3)接收感应电位:感应电位即感应电动势与 感应电流的商,即V/I,电磁感应定律,闭合电路中,磁通量发生变化就会产生感应电动势(感应电压)、感应电流。,图1 闭合电路通电后磁场分布,发射时序图,1:左边所示为一次发射与接收对应时序图
9、。 2:打个比方是照像机一样,多照几次,几次的综合,然后就是等效这次,这是提高信号分析能力的方法,这就是仪叠加次数的意思,一般设为64就可以了,意思就是重复了64次。 3:其发射频率为50HZ整数倍,其抵消工频电的干拢。 4:抑制系数,代表每次接收信号的各道数字平均的偏离平均的大小,其偏离程度的消掉,一般设为1,设的越大,平均外消的越弱。 5:中间一幅图,就是盲区产生的原因,因为电子开关有时间效应的,其不是垂直下降,这个时候就是一次场还在慢 慢消失,二次磁场也的接收,其造成二次磁场受到一次磁场影响,其就是盲区产生原因,其长度一般为15米至20米左右,第三节 瞬变电磁系统组成,图2 瞬变电磁系统
10、组成图,第四节 瞬变电磁系统组成,图3 瞬变电磁接收信号示意图,感应电位,接收回线,时间,!上图t1就是第一道中心时间,其接收的V/I就是纵坐标的值。,第四节 瞬变电磁系统组成,图4 瞬变电磁电位衰减曲线,电阻率计算公式:,深度换算公式:,图5 瞬变电磁探测成果图,第二部分 瞬变电磁技术方法特点及YCS40瞬变电磁仪的特点,第一节 瞬变电磁探测技术方法的特点 第二节 YCS40矿用瞬变电磁仪的特点,第一节 瞬变电磁技术方法的特点,(1)与井下直流电法、地震等物探方法相比,瞬变电磁为非接触式探查技术,因此不受巷道耦合条件影响,适应性广,施工效率高; (2)井下瞬变电磁法勘探可以将线圈置于巷道底板
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