Discussion on the application prospect of the transient electromagnetic method based on the dual launcher and mine advanced detection

The dual transmitter implements the equivalent anti-magnetic flux transient electromagnetic method, which can effectively reduce the scope of the transient electromagnetic detection blind area. However, this method is rarely reported in the detection of pipelines in urban geophysical exploration and the application of coal mines. Based on this, this paper realizes the equivalent anti-magnetic flux transient electromagnetic method based on the dual launcher. The suppression effect of this method on the blind area is analyzed by physical simulation. And the detection experiment of underground pipelines is carried out outdoors. The results show that the dual launcher can significantly reduce the turn-off time, thereby effectively reducing the impact of the blind area on the detection results, and the pipeline detection results verify the device’s effectiveness. Finally, based on the ground experimental results, the application prospect of mine advanced detection is discussed. Compared with other detection fields, the formation of blind areas is mainly caused by the equipment. If the dual launcher can be used to reduce the blind area, the accuracy of advanced detection can be improved more effectively. The above research results are of great significance for improving the detection accuracy of the underground transient electromagnetic method.

UAV-based transient electromagnetic 3D forward modeling and inversion and analysis of exploration capability

Unmanned aerial vehicle transient electromagnetic(UAV-TEM)is a novel airborne exploration method that offers advantages such as low cost,simple operation,high exploration efficiency and suitability for near-surface exploration in complex terrain areas.To improve the accuracy of data interpretation in this method,the authors conducted a systematic three-dimensional(3D)forward modeling and inversion of the UAV-TEM.This study utilized the finite element method based on unstructured tetrahedral elements and employed the second-order backward Euler method for time discretization.This allowed for accurate 3D modeling and accounted for the effects of complex terrain.Based on these,the influence characteristics of flight altitudes and the sizes,burial depths,and resistivities of anomalies are compared and analyzed to explore the UAV-TEM systems’exploration capability.Lastly,four typical geoelectrical models of landslides are designed,and the inversion method based on the Gauss-Newton optimization method is used to image the landslide models and analyze the imaging effect of the UAV-TEM method on landslide geohazards.Numerical results showed that UAV-TEM could have better exploration resolution and fine imaging of nearsurface structures,providing important technical support for monitoring,early warning,and preventing landslides and other geological hazards.

The Analysis of the Differences between Electromechanical Transients Simulation and Electromagnetic Transients Simulation

The paper firstly interprets the differences between electromechanical transients program BPA and electromagnetic transients program EMTDC in the field of principle, model and algorithm. Then the authors carry out the simulation based on single-machine infinite-bus system and draw some conclusions. The time consumption of the simulation using EMTDC is much longer than the simulation using BPA under the same length of time. The results of BPA are close to those of EMTDC under steady conditions. The fundamental frequency component of the EMTDC results seems closer to the BPA results than its original value, but they still away from completely consistent. In this simulation of single-machine infinite-bus system, the transient stability results of BPA and EMTDC are close, but the results of BPA are apt to be more conservative. All the conclusions above have a certain reference value to both hybrid simulation and comprehensive analysis method in the study of the AC/DC digital simulation of large power grid.

Computer Analysis of Electromagnetic Transients in Grounding Systems Considering Variation of Soil Parameters with Frequency

This paper presents a mathematical model to calculate transients in grounding systems. The derived equations arise from direct application of basic electromagnetic equations in frequency domain, whose solution is obtained by the application of the Moment Methods. A formulation based on experimental measurements is applied to quantify the soil parameters for each frequency. The unified approach is applied in the calculation of the grounding impedance of horizontal electrodes. Results show that the inclusion of frequency dependence of the soil parameters leads to a reduction of the values of grounding impedance, in comparison with results for soils with parameters independent of frequency.

3D forward modeling and response characteristics of low-resistivity overburden of the CFS-PML absorbing boundary for ground-well transient electromagnetic method

This study used the stable and convergent Dufort-Frankel method to differentially discretize the diffusion equation of the ground-well transient electromagnetic secondary field.The absorption boundary condition of complex frequency-shifted perfectly matched layer(CFS-PML)was used for truncation so that the low-frequency electromagnetic wave can be better absorbed at the model boundary.A typical three-dimensional(3D)homogeneous half-space model was established and a low-resistivity cube model was analyzed under the half-space condition.The response patterns and drivers of the low-resistivity cube model were discussed under the influence of a low-resistivity overburden.The absorption boundary conditions of CFS-PML significantly affected the low-frequency electromagnetic waves.For a low-resistivity cube around the borehole,its response curve exhibited a single-peak,and the extreme point of the curve corresponded to the center of the low-resistivity body.When the low-resistivity cube was directly below the borehole,the response curve showed three extreme values(two high and one low),with the low corresponding to the center of the low-resistivity body.The total field response of the low-resistivity overburden was stronger than that of the uniform half-space model due to the low-resistivity shielding effect of electromagnetic waves.When the receiving-transmitting distance gradually increased,the effect of the low-resistivity overburden was gradually weakened,and the response of the low-resistivity cube was strengthened.It was affected by the ratio of the overburden resistivity to the resistivity of the low-resistivity body.

钻孔瞬变电磁法扫描探测RCQPSO-LMO组合算法2.5D反演

利用钻孔进行超前探测地质构造及含水体是地下开挖工程中的常规手段,如何利用这些钻孔进行钻孔瞬变电磁法扫描探测,从而实现钻孔孔壁外围地质异常体的精细探测,对实现地下工程地质透明化具有重要的指导意义.本文提出钻孔瞬变电磁法扫描探测2.5D反演的数据解译方法,首先针对随机性反演算法时效性低,易陷入局部最优解,而确定性反演算法依赖初始模型的问题,提出了组合策略的量子粒子群优化算法用来随机搜索最优初始模型.在此基础上,利用Levenberg-Marquarat方法求解Occam反演的目标函数,形成了RCQPSO-LMO组合算法进行2.5D反演,通过对比组合算法和单一算法,验证了组合算法具有更精确的反演结果.其次结合屏蔽条件下扫描探测,对比分析了有无屏蔽的2.5D反演结果,通过设定屏蔽系数对非探测方向信号进行部分压制,可以较好地解决钻孔径向扫描探测中对非探测方向信号部分屏蔽下的反演及成像.最后建立三组理论模型进行组合算法2.5D反演,结果表明:组合算法反演结果与理论模型的一致性较好,对低阻异常体的反演精度较高,验证了组合算法对钻孔孔壁外围低阻异常体具有较高的反演精度和分辨能力.

钻孔瞬变电磁法方位线圈扫描探测定位方法

利用掘进巷道超前探水钻孔进行钻孔瞬变电磁法探测钻孔孔壁外围远距离含水体,避免了常规测井方法仅能探测钻孔孔壁岩层的“一孔之见”。目前钻孔瞬变电磁法受全空间效应的影响,接收到的单分量响应不能判别异常体方位;多分量响应可以近似判断异常体的大致方位,但难以通过成像等直观有效的方法对其进行精确定位。基于钻孔瞬变电磁法和方位电磁波测井相关理论,提出了钻孔瞬变电磁法方位线圈扫描探测定位方法,采用方位线圈作为探测装置,减小线圈互感,增强钻孔瞬变电磁法的探测效果。同时,通过改变线圈旋转角,对钻孔孔壁进行360°扫描,形成钻孔径向全方位探测,旨在对钻孔孔壁外围岩体中的低阻体进行精确定位。首先推导方位线圈的互感解析表达式,探讨方位角对方位线圈互感的影响,通过数值计算确定最佳方位角取值。分别建立均匀介质和含低阻异常体的钻孔全空间三维地质-地球物理模型进行瞬变电磁场数值模拟,分析方位线圈的瞬变电磁法扫描探测多分量响应特征,总结方位线圈扫描探测瞬变电磁响应规律,确定了钻孔瞬变电磁法方位线圈扫描探测定位方法,即通过钻孔轴向和径向的瞬变电磁响应特征判别钻孔孔壁外围岩体中低阻异常体的位置。最后建立含2个低阻体的地质-地球物理模型,采用最佳方位角的方位线圈进行数值实验,验证了该方法能有效地判别低阻异常体的方位。研究表明:钻孔瞬变电磁法方位线圈扫描探测结果可以较好地反映钻孔径向外围岩体中低阻异常体引起的瞬变电磁场异常,全空间视电阻率成像结果分辨率较高。依据钻孔轴向和径向的瞬变电磁响应特征,钻孔瞬变电磁法方位线圈扫描探测定位方法对钻孔孔壁外围岩体中的低阻异常体具有较高的分辨率及定位精度。研究结果可以为钻孔瞬变电磁法方位线圈扫描探测定位方法的实际应用提供理论依据。

基于瞬变电磁法的煤层风氧化带探查

煤层风氧化带的发育对煤矿的生产组织和安全回采影响巨大,针对准格尔煤田东部隆起带煤层风氧化带圈定的技术难题,研究了瞬变电磁法探查煤层风氧化带的可行性。首先对研究区正常地层与煤层风氧化区的电阻率测井曲线进行了分析,总结了正常区与煤层风氧化区的电性差异,并以电阻率测井曲线构建了煤层风氧化区地电模型;然后采用MAXWELL软件对理论模型的瞬变电磁响应进行了数值模拟,发现在煤层风氧化区瞬变电磁反演电阻率断面表现为浅部低阻层变厚、低阻异常幅值减小的异常特征,可以以此来圈定煤层风氧化区的分布范围;最后在数值模拟的基础上,在串草圪旦煤矿开展了现场试验,结合钻探情况对试验数据从瞬变电磁反演电阻率断面和平面2个角度进行了分析,结果表明瞬变电磁法探测划分风氧化带是可行的。

地空瞬变电磁法在煤矿采空区中的应用效果分析

煤矿采空区一直是工程中难以解决的重点难题之一,现工程中一般是结合开采资料及煤层分布进行综合分析。由于大型煤矿多采用自然塌落法来处理采空巷道,而非金属类矿山的填充法,随着时间的推移,会出现非常多的塌陷,导致采空区内部情况非常复杂,难以查清。尤其是在老旧的煤矿当中,由于过去技术落后,矿洞测绘资料存在一定的失真,导致很难明确定义现采空区的具体范围,为工程的顺利开展提出了重大的课题。结合黑龙江依兰煤矿(日伪时期的开采老旧煤矿采空区),在地形地貌条件特别差,人难以攀登的条件下,应用地空瞬变电磁法,初步解决了该采空区的范围和规模。

瞬变电磁法在煤矿灾害勘察评价的应用案例分析

为进一步明确某现状矿区内易发生地下水危害的区域,采用瞬变电磁法对煤矿地下环境进行勘察,勘察结果表明矿区内可能存在一含水构造带,该构造带纵向基本贯穿标高550~-200 m,可能会对采空区或者巷道的开发使用带来危害。此外在瞬变电磁法对矿区进行勘察时,采空区往往表现为低阻包围着的中高阻特征,而含水裂隙往往表现为低阻特征。本文研究内容对于指导后续矿产资源的开发具有一定指导意义。

基于环形阵列的油管损伤三维成像检测方法研究

传统的瞬变电磁套管损伤检测技术是通过采集数据来反映套管损伤情况的二次场信息,反演套管二维壁厚曲线,为套管损伤提供解释依据。为了使套管损伤解释得更加高效、直观、精准,满足井口油管三维成像的需求,建立一种基于环形阵列式的井口油管三维成像检测系统,利用探测仪器中环形阵列分布的TMR传感器,对井口油管各个方位的信息进行采集,使得采集到的数据能够描述不同深度、不同角度的损伤情况。结合套管半径、涡流扩散时间以及径向探测角度之间的关系,通过对井口三维数据的处理,实现套管内外壁三维成像,进而实现井口油管的非对称损伤解释。通过与传统的电磁探伤曲线的对比,验证了所提井口油管三维成像检测方法的有效性,为现场套管损伤解释工作提供重要依据。

隧道牵引分区所雷击暂态特性及其二次设备电磁兼容研究

牵引供电系统遭受雷击会在分区所内产生过电压与过电流,对分区所开关柜中二次设备产生瞬态电磁干扰,影响其正常运行。文中针对电气化铁路隧道分区所,建立雷击暂态仿真模型,计算了接触网不同位置遭受雷击时分区所的过电压与过电流,建立了27.5 kV开关柜的电磁场有限元仿真模型,分析开关柜中不同区域的瞬态电场、磁场分布。结果表明:雷击接触网会在分区所内产生幅值较大、频率较高的过电压与过电流,在其作用下开关柜低压室瞬态电场可达147.2 V/m、瞬态磁场可达1.3 kA/m,断路器室前壁处瞬态电场可达822.9 kV/m、瞬态磁场可达15.85 kA/m,超过标准规定的幅值,二次设备需要考虑相应的电磁屏蔽措施。论文结果对牵引供电系统雷击过电压/电流防护以及二次设备电磁兼容设计具有参考价值。

海洋电磁发射机可控源整流电路动态性能优化

海洋电磁发射机在非理想状况工作时母线会产生冲击电压,严重时损坏开关管和滤波电容,为此提出一种混合控制策略。首先,基于dq坐标系的前馈解耦控制策略分析海洋电磁发射机可控源整流电路的动态性能,其次,通过理论证明负载扰动和无功电流iq≠0影响控制系统的动态性能,然后提出在dq电流解耦控制中引入瞬态直接电流思想的改进q轴混合控制方法,在dq电流解耦控制中引入负载电流前馈和无功电流iq≠0环节,改善了d轴电流id的响应速度,提高了控制系统的动态性能。最后,实验结果对比表明,混合控制方法在负载突变、直流侧电压给定值突变和船上柴油发电机电压跌落3种情况下,直流侧电压超调差最小,与最长调整时间相比减少了65%左右。

辽东半岛五龙金矿外围电性特征及找矿意义

辽东五龙金矿经过80余年的开采,矿山资源储备严重下滑,后备资源不足问题日益突出,亟需查明矿区深部和外围矿产资源。通过在v163号脉西北和东南两侧以及100号断裂南侧开展瞬变电磁法测量工作,构建了相应的二维和三维地电模型,分析了矿区低阻异常特征;结合前人研究成果,推断出金矿成因类型和下一步找矿方向。研究结果表明:v163号脉西北方向P0剖面上低阻区是由包括163号脉西北段的细粒闪长岩脉群引起的,属于石英脉型成矿的可能性较大;100号断裂南侧三维地电模型中的低阻区域与大孤顶子金矿矿化点相对应,该低阻区向北侧深部规模增大,异常未封闭,表明该区域北侧深部具有良好的找矿前景,值得进一步开展研究工作;v163号脉东南方向的三维地电模型中,低阻异常值在数量级上明显低于前二者,推测为蚀变带引起,后经工程验证孔揭露,该区域纵向存在多层不连续的硅化蚀变岩,最大厚度为41m,蚀变类型有硅化、绢云母化、绿泥石化以及不同程度的黄铁矿化。研究表明,五龙金矿不仅存在石英脉型金矿体,还有蚀变岩型金矿体,后者可能是该矿区下一个找矿的主要方向。

适应并离网模式切换的DFIG电磁暂态仿真建模

目前,常用的商业仿真软件中的双馈式感应发电机(double-fed Induction Generator,DFIG)模型通常不支持离网运行模式,难以实现风力发电系统由离网到并网的全过程电磁暂态仿真,对电力系统仿真分析工作带来极大不便。研究适应并离网模式切换的DFIG电磁暂态仿真建模方法。基于模块化思想分别对风力机、异步电机、变流器以及断路器进行建模,在系统组装形成DFIG风力发电系统电磁暂态仿真模型。提出了适应并离网模式切换的DFIG受控源等效电路模型和离散时间域实现方法,通过设计状态变量矩阵元素的截取和扩充算法实现了模型在并离网模式下的无缝衔接。在MATLAB/Simulink中搭建DFIG发电系统模型对所提方法和模型进行验证,仿真结果表明,所提建模方法能够很好地支持DFIG离网运行模式,实现DFIG由离网到并网的全过程电磁暂态仿真。

基于销盘载流摩擦平台的电磁发射轨道表面防护

为避免电磁发射轨道表面转捩烧蚀损伤,对轨道表面防护工作进行了研究。首先,采用实验室自研的销盘试验机开展了极端工况载流摩擦实验;然后,利用COMSOL软件分析了实验过程瞬态温度场的特征;最后,考虑在盘试样表面采用耐高温的钼涂层,仿真对比了处理前后的温度场分布情况。研究表明:因失接触产生的高能电弧是影响滑动电接触瞬态温度场的主要因素之一,会对无处理的盘试样表面造成可达20μm深的烧蚀坑;进行钼涂层处理后的表面温度更高,处理前后的表面温差最高可达数百摄氏度,主要因为钼的热导率较低;在轨道表面处理选材时,要统筹考虑耐高温性能和导热性能。该研究成果对于延长轨道使用寿命具有重要意义。

全波形发射电流激发下地面瞬变电磁法磁场特征

在过去四十年,大部分关于瞬变电磁法的三维建模和反演研究都聚焦于磁场时间导数,而对于磁场数据研究并不多见.如今,随着超导量子干涉仪(SQUID)技术日益成熟,基于磁场数据的瞬变电磁法探测案例逐渐增多.基于矢量有限单元法,采用频谱法和时步法分别实现了适用于瞬变电磁法磁场数据的三维正演.以低阻覆盖层下的良导体和均匀半空间中板状良导体模型为例,研究了全波形发射电流激发的瞬变电磁法磁场及其时间导数特征,并探讨了二者对深部良导体的探测能力.正演计算结果表明:由于受发射电流全波形效应影响,晚延时磁场随目标体电导率增大而先增强、后减弱,然而即使不考虑全波形效应,磁场时间导数也呈现上述规律;在高阻和低阻围岩情形中,磁场比其时间导数对深部良导体反映更加灵敏,并且晚延时磁场比其时间导数更不易受地磁场背景噪声干扰,说明磁场比其时间导数更适合于深部良导体探测.需要注意的是,发射电流全波形效应降低了瞬变电磁法对深部良导体的识别能力,建议在瞬变电磁法对块状或脉状金属硫化物矿床探测时,尽量采用低基频发射电流波形.

大定源回线装置瞬变电磁法在煤矿采空区探测中的应用

该文通过研究大定源回线装置瞬变电磁法在煤矿采空区探测中的应用,旨在提高煤矿采空区探测的效率和准确性。深入探讨大定源回线装置瞬变电磁法的原理和工作机制。在此基础上,设计并实施适用于煤矿采空区的探测方案,并通过试验进行验证。结果表明,大定源回线装置瞬变电磁法在煤矿采空区探测中取得显著的效果。大定源回线装置瞬变电磁法具有高效、准确、可靠的特点,能够快速识别采空区位置,为后续生产建设提供保障,同时也为其他煤矿采空区勘察提供参考。

埋地钢质管线非开挖检测TEM技术新进展

主要介绍了埋地钢质管道非开挖检测TEM技术在实际应用中的最新进展情况,并根据最新国内外发表的文章、专利和论文,归纳了现阶段埋地管道TEM检测过程中出现主要问题及现在最新的应对手段,并对影响埋地管道TEM检测的技术原因进行了总结分析,提出了相应的建议和措施。

电性源瞬变电磁法虚拟波场解析推导

瞬变电磁场至虚拟波场的转换是瞬变电磁拟地震处理的基础,瞬变电磁场满足扩散方程,而虚拟波场满足波动方程,二者之间通过Q变换相互转换。将瞬变电磁数据转换成虚拟波场属于积分反变换,具有典型的不适定特性,以往主要采用数值方法求解该积分反变换。在数值求解中,需对求解方法和参数进行优化,以获得最佳求解效果。为此,本文推导了电性源瞬变电磁法电场响应的虚拟波场解析解。从均匀半空间电磁场响应的解析解出发,借助于拉普拉斯变换对,得到了阶跃响应和脉冲响应的解析表达式,从而建立起瞬变电磁场和虚拟波场的解析变换对。该解析变换对能够用于测试数值求解方法的准确性和稳定性,还能用于检验虚拟波场特性,从而形成有效的虚拟波成像方法。