基于u形螺線源的礦井瞬變電磁儀的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型涉及地質(zhì)與勘探地球物理領(lǐng)域，尤其涉及一種基于U形螺線源的礦井瞬變電磁儀。
【背景技術(shù)】
[0002]瞬變電磁法(TransientElectromagnetic Method，簡稱TEM)是一種建立在電磁感應(yīng)原理基礎(chǔ)上的時間域人工源電磁探測方法。它是利用不接地回線或接地導(dǎo)線向地下發(fā)射一次場，在一次場關(guān)斷后，測量由地下介質(zhì)產(chǎn)生的感應(yīng)二次場隨時間的變化，來達(dá)到尋找各種地質(zhì)目標(biāo)的一種地球物理勘探方法。
[0003]發(fā)射線圈是瞬變電磁法勘探中的一次場產(chǎn)生單元。目前，在進(jìn)行礦井瞬變電磁探測時，發(fā)射線圈采用多匝方形回線源(邊長一般為2m)。井下探測具有干擾源復(fù)雜(包括工業(yè)電、鐵軌、錨桿、掘進(jìn)機等)和探測空間狹小的特點。傳統(tǒng)的多匝方形回線源具有如下缺點:
[0004](I)抗干擾能力差，易受線圈附近干擾源影響，這會降低探測精度和分辨率。
[0005](2)發(fā)射線圈和接收線圈互感較強，這會增大儀器的關(guān)斷時間，造成20m左右的探測盲區(qū)。
[0006](3)發(fā)射線圈尺寸相對較大，限制了在狹小巷道空間中的應(yīng)用。
【實用新型內(nèi)容】
[0007]針對上述現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本實用新型提供一種基于U形螺線源的礦井瞬變電磁儀，以適應(yīng)干擾源復(fù)雜和探測空間狹小的井下探測條件，并減小探測盲區(qū)。
[0008]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型所采取的技術(shù)方案是:一種基于U形螺線源的礦井瞬變電磁儀，包括發(fā)射線圈、發(fā)射機、主機和接收線圈;所述發(fā)射線圈與發(fā)射機連接，發(fā)射機和接收線圈均與主機連接;所述發(fā)射線圈設(shè)有非導(dǎo)電U形支架和供電電線，所述供電電線以密繞螺線的方式纏繞在U形支架上，供電電線的起點在U形支架的一端，終點在U形支架的另一端，兩端各預(yù)留出2-3m連接線與發(fā)射機連接。
[0009]所述的U形支架由兩個直管和一個半圓形彎管組成，直管和半圓形彎管之間通過螺紋接口連接。
[0010]所述兩個直管尺寸相同，半圓形彎管外徑與直管外徑一致。
[0011 ] 所述直管的外徑為160mm-320mm，長度0.5m-2m;所述半圓形彎管外徑160mm-320mm，半圓的直徑0.5m_2m。
[0012]所述U形支架由不導(dǎo)電材料PVC做成。
[0013]所述發(fā)射線圈通過供電電線與發(fā)射機連接，發(fā)射機和接收線圈通過信號線與主機連接。
[0014]所述發(fā)射線圈與接收線圈間隔I_5m。
[0015]所述發(fā)射機和主機距離發(fā)射線圈和接收線圈Im之外。
[0016]所述發(fā)射機、主機、接收線圈和信號連接線與傳統(tǒng)多匝方形回線源瞬變電磁探測裝置相同。
[0017]基于U形螺線源的礦井瞬變電磁探測方法:
[0018]I)布置測線，在巷道內(nèi)確定探測起點、終點位置，沿測線在巷道側(cè)幫用粉筆或油漆每隔5m或I Om標(biāo)上標(biāo)記；
[0019]2)組裝儀器，將發(fā)射線圈通過供電電線與發(fā)射機連接，將發(fā)射機和接收線圈通過信號線與主機連接;使發(fā)射線圈與接收線圈保持間隔l-5m;使發(fā)射機和主機距離發(fā)射線圈和接收線圈Im之外；
[0020]3)數(shù)據(jù)采集，采集時，整個探測裝置作為一個整體，首先放置在測線起點位置進(jìn)行一次數(shù)據(jù)采集;然后，按照標(biāo)在巷道側(cè)幫的標(biāo)記，每隔5m或1m進(jìn)行一次數(shù)據(jù)采集，直至測線辣占.z、 V，
[0021]4)數(shù)據(jù)處理，下面給出采樣時間點基于二分搜索算法的全區(qū)視電阻率計算步驟:
[0022]4.1)給定二分搜索初始取值區(qū)間，最小相對誤差；
[0023]4.2)計算中值電阻率，帶入半空間正演公式計算中值電阻率所對應(yīng)的理論磁感應(yīng)強度；
[0024]4.3)計算觀測值與理論值之間的相對誤差；如果，則即為全區(qū)視電阻率，對應(yīng)深度計算公式為，其中=4πΧ 10—7N/A2為真空磁導(dǎo)率，=0.3為全空間系數(shù)，第O個采樣時間點，計算結(jié)束;否則，進(jìn)行下一步；
[0025]4.4)如果則，反之;返回步驟2)繼續(xù)執(zhí)行。
[0026]步驟4.2中的半空間正演公式可參考文獻(xiàn)(李金銘，地電場與電法勘探[M]，北京:地質(zhì)出版社，2005)，本文中將不再詳述。
[0027]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實用新型具有的優(yōu)點和效果如下:
[0028](I)本實用新型將傳統(tǒng)多匝方形回線源改造為U形螺線源，減小了發(fā)射線圈附近干擾源對一次場的干擾，從而提高了數(shù)據(jù)質(zhì)量，提高了探測精度和分辨率；(2)本實用新型將傳統(tǒng)多匝方形回線源改造為U形螺線源，減小了發(fā)射線圈與接收線圈之間的互感，即減小了關(guān)斷時間，減小了探測盲區(qū)；(3)本實用新型將傳統(tǒng)多匝方形回線源改造為U形螺線源，減小了發(fā)射線圈的尺寸，更加適應(yīng)井下狹小的巷道空間；(4)本實用新型結(jié)構(gòu)簡單易于實現(xiàn)，很容易將傳統(tǒng)多匝方形回線源瞬變電磁探測裝置改造而成。
【附圖說明】
[0029]圖1基于U形螺線源的礦井瞬變電磁儀。
[0030]圖2U形螺線源示意圖。
[0031]圖3U形支架結(jié)構(gòu)示意圖。
[0032]圖4多匝方形回線源一次場示意圖。
[0033]圖5 U形螺線源一次場示意圖。
[0034]圖6某巷道6號測點實測數(shù)據(jù)。
[0035]圖7本實用新型U型發(fā)射線圈探測信號示意圖。
[0036]圖中，1.發(fā)射線圈，1-1.U形支架，1-11.半圓形彎管，1-12.直管，1-2.供電電線，2.發(fā)射機，3.主機，4.接收線圈。
【具體實施方式】
[0037]以下參照具體實施例對本實用新型進(jìn)行詳細(xì)的說明。
[0038]實施例1
[0039]為了說明本實用新型的抗干擾能力和在減小關(guān)斷時間方面的效果，本實用新型給出了傳統(tǒng)方形回線源探測裝置和本實用新型的測試對比結(jié)果。
[0040]實施例中多匝方形回線源和U形螺線源參數(shù)設(shè)置:
[0041 ]多匝方形回線源采用邊長2m的正方形支架，供電電線長512m，以密繞螺線的方式纏繞在正方形支架上，兩端各留出2.5m與發(fā)射機連接。
[0042]U形螺線源的U形支架1-1由兩個直管1-12和一個半圓形彎管1-11三部分組成，材料均為PVC，直管1-12和半圓形彎管1-13之間通過螺紋接口連接;兩個直管1-12尺寸相同，外徑160mm，長度0.5m;半圓形彎管1-1 I外徑160mm，半圓的直徑0.5m。
[0043]供電電線1-2采用原有多匝方形回線源供電電線，長度512m。供電電線1-2以密繞螺線的方式纏繞在U形支架1-1上，供電電線1-2的起點在U形支架1-1的一端，終點在U形支架1-2的另一端，兩端各留出2.5m與發(fā)射機2連接(結(jié)合附圖1、2和3 )。
[0044]結(jié)附圖4和附圖5可以看出，多匝方形回線源一次場分布發(fā)散(見圖4)，關(guān)斷供電電流時會在接收線圈(一般放置在發(fā)射線圈附近1m之內(nèi))中產(chǎn)生較強互感;U形發(fā)射線源一次場主要集中在探測方向一定范圍內(nèi)(見圖5)，關(guān)斷供電電流時在接收線圈中產(chǎn)生的互感弱。
[0045]測試是在某巷道6號測點進(jìn)行，測點后方2m處有一輛礦車。圖6為礦車干擾下6號測點實測數(shù)據(jù)，橫坐標(biāo)為采樣時間，縱坐標(biāo)為磁場強度。圖中加號線為常規(guī)方形回線源探測數(shù)據(jù)，點線為U形螺線源探測數(shù)據(jù)。由圖6可見，U形螺線源關(guān)斷時間(SOys)明顯小于方形回線源關(guān)斷時間(240ys)，U形螺線源探測數(shù)據(jù)曲線更加圓滑，說明采集的數(shù)據(jù)質(zhì)量更好，抗干擾能力更強。使用U形螺線源采集的磁場強度整體小于方形回線源，是因為U形螺線源發(fā)射磁矩小于方形回線源發(fā)射磁矩，這不影響探測的準(zhǔn)確性。
[0046]實施例2
[0047]為了說明U形螺線源的實用性，本實用新型給出了某次試驗結(jié)果:
[0048]某巷道側(cè)幫方向存在一已知含水陷落柱，鉆孔出水量54m3/h。為了驗證本實用新型的實用性，以鉆孔為中心布置了 10m的測線，探測起點位于鉆孔前50m，探測終點位于鉆孔后50m。每隔1m設(shè)置一個測點，共11個測點。
[0049]圖7為實測二次場剖面，橫坐標(biāo)為測點位置，縱坐標(biāo)為磁場強度。鉆孔位于粧號50m處。含水陷落柱區(qū)域電阻率低，二次場相對更強，從圖中很容易識別陷落柱的發(fā)育范圍(圖中方框范圍)。
【主權(quán)項】
1.一種基于U形螺線源的礦井瞬變電磁儀，包括發(fā)射線圈、發(fā)射機、主機和接收線圈；所述發(fā)射線圈與發(fā)射機連接，發(fā)射機和接收線圈均與主機連接;其特征在于，所述發(fā)射線圈設(shè)有非導(dǎo)電U形支架和供電電線，所述供電電線以密繞螺線的方式纏繞在U形支架上，供電電線的起點在U形支架的一端，終點在U形支架的另一端，兩端各預(yù)留出2-3m連接線與發(fā)射機連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于U形螺線源的礦井瞬變電磁儀，其特征在于，所述的U形支架由兩個直管和一個半圓形彎管組成，直管和半圓形彎管之間通過螺紋接口連接。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于U形螺線源的礦井瞬變電磁儀，其特征在于，所述兩個直管尺寸相同，半圓形彎管外徑與直管外徑一致。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種基于U形螺線源的礦井瞬變電磁儀，其特征在于，所述直管的外徑為160mm-320mm，長度0.5m_2m;所述半圓形彎管外徑160mm-320mm，半圓的直徑0.5m_2m05.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于U形螺線源的礦井瞬變電磁儀，其特征在于，所述U形支架由不導(dǎo)電材料PVC做成。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于U形螺線源的礦井瞬變電磁儀，其特征在于，所述發(fā)射線圈通過供電電線與發(fā)射機連接，發(fā)射機和接收線圈通過信號線與主機連接。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于U形螺線源的礦井瞬變電磁儀，其特征在于，所述發(fā)射線圈與接收線圈間隔l-5m。8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于U形螺線源的礦井瞬變電磁儀，其特征在于，所述發(fā)射機和主機距離發(fā)射線圈和接收線圈Im之外。
【專利摘要】本實用新型涉及一種基于U形螺線源的礦井瞬變電磁儀，所述發(fā)射線圈設(shè)有非導(dǎo)電U形支架和供電電線，所述供電電線以密繞螺線的方式纏繞在U形支架上，供電電線的起點在U形支架的一端，終點在U形支架的另一端，兩端各預(yù)留出2-3m連接線與發(fā)射機連接，發(fā)射線圈與接收線圈保持間隔1-5m；發(fā)射機和主機距離發(fā)射線圈和接收線圈1m之外，基于二分搜索算法進(jìn)行全區(qū)視電阻率計算，本實用新型采用U形螺線源，減小發(fā)射線圈附近干擾源對一次場的干擾，提高了數(shù)據(jù)質(zhì)量、探測精度和分辨率；減小了發(fā)射線圈與接收線圈之間的互感，即減小了關(guān)斷時間和探測盲區(qū)；減小了發(fā)射線圈的尺寸，更加適應(yīng)井下狹小的巷道空間；結(jié)構(gòu)簡單易于實現(xiàn)。
【IPC分類】G01V3/28
【公開號】CN205333876
【申請?zhí)枴緾N201620006228
【發(fā)明人】李飛, 尹尚先, 張超, 劉德民, 潘建旭, 韓永, 楊德方, 鄭貴強, 時博浩, 袁小鑫
【申請人】華北科技學(xué)院
【公開日】2016年6月22日
【申請日】2016年1月7日