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。

多辐射场源地空瞬变电磁法多分量全域视电阻率定义

本文针对多辐射场源地空瞬变电磁法理论,建立了相应的多分量全域视电阻率定义方法.分析了利用磁场强度进行多辐射场源地空系统全域视电阻率定义的优点,针对磁场强度的各个分量,提出了各自的全域视电阻率算法,实现了多分量、全时域、全空域视电阻率计算,并分析了偏移距对全域视电阻率的影响.通过调整源的相对位置及电流方向等参数,多辐射源瞬变电磁地空系统不仅可以加强不同分量信号强度,削弱随机干扰,还可更好地分辨地下异常体的位置.通过对所设计模型的处理,证实了多辐射场源地空系统多分量全域视电阻率算法的有效性,也验证了多辐射场源地空系统的优势.

低阻区利用地回路标定航空TEM系统的理论研究

本文针对吊舱式航空TEM系统,建立了基于地回路的系统参数标定模型,并分别计算了自由空间模型响应(TLR)、均匀大地模型响应(TER)、地回路与大地耦合模型响应(TELR和TLER).由于TER响应表现为幅度沿测线不变,据此提出通过增加拟合参数的方法实现系统标定,消除了TER响应对标定的影响.TELR和TLER早期响应具有过零特点,据此通过合理选择过零点附近的早期道,可以显著降低TELR和TLER响应对标定的影响.本文在理论上证实了在低阻区利用地回路实现航空TEM系统标定的可行性和准确性.

激励信号对地-空瞬变电磁响应的影响分析

运用数字滤波法和辛普森积分法,计算了阶跃波层状大地地-空瞬变电磁响应;以此为基础,通过卷积方法可得任意激励波形的电磁响应。从激励信号能量角度分析了激励波形的响应,能量大对应的响应就大。通过正演计算,半正弦波和三角波在on-time段响应随电导率的变化不明显;而off-time段高阻异常很快进入噪声区,在数据解释时,无法得到足够多的有用信息。为了解决这一问题,发射波形采用梯形波或方波,同时记录on-time段和off-time段数据进行异常分析,可使反演分辨率更高。

时域电性源地空电磁系统在煤炭采空积水区勘查中的应用

为实现山区复杂地形条件下,对沁水盆地东南地区煤炭采空区及采空积水区的快速、精确勘查,采用时域电性源地空电磁法对上述区域进行地球物理勘查。时域地空电磁法采用地面发射空中接收的方式,在地面布设接地长导线源,利用大功率发射机向地下发射时域方波信号,在空中利用无人机搭载接收系统沿平行于发射源的预定航线进行飞行探测获取电磁信号和测点坐标信息,发射与接收的电磁数据通过GPS时钟进行同步。利用时域电性源地空电磁探测系统,采集到了信噪比高的电磁数据,同时开展了地空电磁基线校正方法、地空电磁噪声抑制方法及视电阻率成像方法的研究,进一步提升电磁数据的质量和成像分辨率。通过对时域电性源地空电磁数据和空间坐标信息进行处理获得反应测区地电信息时间的电性源地空电磁法视电阻率,结合已知地质信息进行解释,推断解释了煤炭采空区和采空积水区的空间分布特征。时域电性源地空电磁法在极大减少地面工作量的同时,兼顾了勘探深度,因此兼具航空电磁法快速高效和地面电磁法勘探深度大的特征。本次勘查表明:利用该系统开展地空电磁勘查,可以实现工作效率4~5倍的提升,且勘探效果与已知地质信息基本吻合,表明时域电性源地空电磁探测系统可以实现对煤炭采空区的快速、精确勘查。针对本次勘查的效果,可以预期时域电性源地空电磁探测系统将在复杂地形条件下的深部资源探测、环境、工程、灾害地质调查中发挥重要的作用。

基于最小构造模型的地空瞬变电磁一维正反演技术研究

地空瞬变电磁法(Ground-airborne transient electromagnetic method)是一种新兴的物探方法,其探测范围大,工作效率高,在地形复杂的区域有着传统物探方法无法比拟的优势。这里通过对地空瞬变电磁的一维正演问题的研究,采用Hankel变换、Gauss积分和频-时转换实现了地空瞬变电磁时间域响应正演计算,通过解析解和数值解的对比验证了正演方法的准确性和稳定性,并研究了其响应特征。利用最小构造模型约束下的自适应正则化反演方法,进行了地空瞬变电磁法反演模拟研究,证实了该方法对低阻层的反映比较真实,对高阻层的反映略有误差的特点。最后用该方法对某滑坡实测数据进行了反演解释,反演结果与工区地质情况符合较好。

废弃采空区裂隙带高度预测模型及应用

煤炭开采引起覆岩破断及地表下沉,覆岩及地表运移规律可反映裂隙带高度的动态演化过程。因地表下沉滞后于煤炭开采,对于废弃采空区,长期压实作用导致裂隙带高度较采动期间有所降低。基于地表点下沉速度的阶段特征将裂隙带高度的演化过程分为2个阶段,第1阶段裂隙带发育对应岩层破断逐步向上传递的过程,第2阶段裂隙带高度降低对应离层及裂隙闭合、断裂岩层受压后变形回弹及破碎岩体自然压实的过程。着眼于压实作用对裂隙带高度的影响,根据煤层采厚、垮落带和裂隙带岩层变形量及地表下沉值之间的定量关系,建立了第2阶段裂隙带高度预测模型,并结合太平煤矿实测结果进行验证,采用控制变量法分析了单一因素影响下废弃采空区裂隙带高度的演化特征。结果表明:废弃采空区裂隙带高度受控于垮落带块体强度、垮落带初始碎胀系数、采动期间裂隙带高度最大值及对应的垮落带高度、煤层埋深、地表最终下沉量等因素,太平煤矿采后15 a的裂隙带高度实测值11.36~13.00 m与理论预测值12.75 m吻合度较高,模型的可靠性得到验证。最后,应用此预测模型对武安煤矿(关停矿井)2002-2003年采空区裂隙带高度开展理论计算,结合地空瞬变电磁探测确定了地面瓦斯抽采钻孔理想的终孔位置并成功开展了地面钻孔瓦斯抽采试验。

电性源瞬变电磁法综述

电性源瞬变电磁法(TEM)具有探测深度大、受地形限制小、工作效率高等优点,近些年发展较快,涌现出一系列面向地面、半航空、地—井的电性源瞬变电磁新方法。本文通过回顾近些年国内外出现的新方法,即长偏移距瞬变电磁法(LOTEM)、短偏移距瞬变电磁法(SOTEM)、多通道瞬变电磁法(MTEM)、电性源半航空瞬变电磁法和电性源地—井瞬变电磁法的研究历史,总结各类方法在正演模拟、系统设计、反演成像和施工方法等方面的研究现状。研究结果表明:LOTEM研究基础丰厚,发展全面,是一种比较成熟的电性源TEM方法;而其他电性源TEM方法虽然取得了一些研究进展,但整体仍处在初步研究阶段,相关技术仍有待进一步提升;LOTEM中有价值的研究内容,如提高数据信噪比、高维反演和联合解释等,可为这些电磁勘探新技术提供借鉴,以期为高效率、高分辨率深部探测提供更多解决方案。

基于航空瞬变电磁的接地网断点检测仿真研究

文章对接地网断点检测方法进行了研究,提出一种基于航空瞬变电磁异常环原理的接地网断点诊断方法,此方法忽略构成接地网导体的宽度和厚度,将接地网格当成异常线圈进行处理。通过定义有效检测面积,可以实现有目的性的探测,解决了之前方法盲目性大的缺点,并且可以直接由接收线圈接收到的二次感应电压值的规律进行断点判断,通过仿真验证了这个方法的有效性。

多辐射场源地空瞬变电磁法快速成像方法研究

多辐射场源地空瞬变电磁法目前仍处于研究阶段,迫切需要完善该法的理论和解释体系,以便在生产中推广使用.本文利用地空瞬变电磁法数据量大的特点,结合微分电导与相关叠加合成算法,实现了多辐射场源地空瞬变电磁法快速成像解释.首先基于等效导电平面原理,从电偶极子源出发推导了较高精度的瞬变场快速近似正演计算公式,采用剖分叠加的思想,将其推广到多辐射场源地空瞬变电磁法空间任意一点瞬变场的快速近似正演计算,并用四种典型的层状模型验证了该法的计算精度.以此为基础,进一步推导了多辐射场源地空瞬变电磁法的视纵向电导和视深度计算公式.利用微分电导对电性界面敏感和相关叠加合成算法突出异常、压制干扰的特点,实现了多辐射场源地空瞬变电磁相关叠加快速成像.三维模型试验表明,本文提出的快速成像算法计算速度快,能有效压制噪声,且对地下界面有较好的分辨能力,有助于提高多辐射场源地空瞬变电磁法的解释精度.

无人机地空瞬变电磁系统在冶山地下巷道探测中的应用

采用三维矢量有限元法对地下巷道进行了三维数值模拟,并使用全域视电阻率定义方法对正演模型进行了计算,绘制了地下巷道的视电阻率分布断面图,为实测数据的解释提供了比对依据.构建了无人机电性源地空瞬变电磁探测系统,使用该系统在南京六合区冶山开展了地下巷道探测实验,并对实验数据进行处理分析,实验结果与数值模拟结果吻合度较高,验证了该系统探测的有效性和准确性,为无人化地空探测系统的改进提供了新方法,也为该系统在资源普查、矿产探查等民用领域以及军事领域上的应用提供了新思路.

地空瞬变电磁法研究进展

随着瞬变电磁法的研究逐渐转向高海拔山区等地形地质条件复杂地区进行深部勘探,地空瞬变电磁法得到了更多的关注.地空瞬变电磁法结合了地面瞬变电磁法和航空瞬变电磁法各自的特点,相比地面瞬变电磁法,能有效提高野外工作效率;相比航空瞬变电磁法,勘探深度更大、采集信号信噪比更高.近几年来,地空瞬变电磁法得到了较快的发展.本文回顾了地空瞬变电磁法的历史发展与现状,总结了地空瞬变电磁法研究的最新进展,并对地空瞬变电磁法的各种装置类型进行了相关评述和总结,指出目前地空瞬变电磁法的问题主要在于解释水平跟不上,大都仍采用基于地面瞬变电磁的数据解释方法.为了进一步丰富地空瞬变电磁勘查体系,从仪器装备、数据预处理和处理技术、正反演及数据解释等方面对地空瞬变电磁法的发展方向进行了总结.