[發明專利]瞬變電磁法地孔探測方法與裝置

有效

• 申請號: 201410257803.5
• 申請日: 2014-06-11
• 公開（公告）號: CN103995296B
• 公開（公告）日: 2016-10-19
• 發明（設計）人: 王信文;侯彥威;王鵬;王艷波;覃慶炎;代鳳強;李丹
• 申請（專利權）人: 中煤科工集團西安研究院有限公司
• 主分類號: G01V3/26
• 分類號: G01V3/26
• 代理公司: 北京天奇智新知識產權代理有限公司 11340
• 代理人: 樊學芳

技術領域

本發明屬于地球物理勘探技術領域，涉及一種地面布置對目標地層全包圍的大發射回線，供電產生一次電磁場，井下順層鉆孔中直接接收孔周圍三分量的二次場，探測隱伏致災體的瞬變電磁地孔探測方法和裝置。

背景技術

在地球物理勘探技術領域，通常需要一種可靠的探測方法，以滿足相關行業安全生產的需要。瞬變電磁地孔探測方法即是一種新的應用于探測隱伏致災體的預測預報方法，其能夠精確探測地下巷道掘進前方周邊，以及回采工作面內和頂底板中一定距離范圍內災害地質體。

瞬變電磁法屬感應類方法，其利用不接地回線或接地線源，在供電期間向地下發射一次電磁場(習慣上簡稱“一次場”)，一次場關斷后，根據法拉第電磁感應定律，大地或探測目標體在一次場的作用下，其內部會產生感應電流，又稱渦流。這種渦流有空間和時間特性，其大小與諸多因素有關，如目標體的空間特征和電性特征、激發場的特征等，而且因為熱損耗的緣故會逐漸減弱直至消失。因渦流具有隨時間變化的特征，在產生渦流的目標體周圍產生新的磁場，稱為二次磁場(習慣上簡稱“二次場”)。目前的瞬變電磁法勘探過程中，常利用器觀測垂直分量二次場的強弱、空間分布特性和時間特性，一次布置，只采集單一分量的數據，方位單一，分辨率相對偏低。

瞬變電磁法以對低阻體反應靈敏，而被廣泛應用于尋找水資源、低阻礦體和礦井隱伏含/導水區域或通道的探測中。然而，在工作過程中，當遇到周邊有大的良導電體、地面或空間存在工業電磁信號和周期電信號干擾時，對觀測的數據產生嚴重影響；另外，地層表面存在低阻層或低阻礦化帶時，深部良導電地質體被激發的二次場信號較弱，易被淺部低阻層強信號“屏蔽”。以上影響因素的存在，嚴重影響瞬變電磁的探測能力，若能夠避開干擾，解決“屏蔽”等不利因素的影響，對礦井深部采場所面臨的具有引起災害性突發事件的隱伏致災體的探測，具有非常重大的意義。

在解決上述問題的過程中，逐漸形成了較多的近目標體的探測方法，有地震反射波法、瑞雷波法、地質雷達法、礦井瞬變電磁法、礦井直流電阻率法、紅外測溫法和申請號為200810044794.6的專利所記載的預報隧道施工掌子面前方涌水位置的方法，這些方法各有優點，但缺點是顯而易見的，簡述如下：

地震反射波法在實際工作中，接收的信號較復雜，斷層界面的負視速度反射波難以準確提取，導致解釋結果存在較嚴重的多解性，而且地震反射波對地下水的反應不敏感，不能準確預報前方強含水地質異常體，尤其是對點狀導水通道更是無能為力。

瑞雷波法同樣對含水體不敏感，不能準確預測掘進前方的含水體，且超前距離一般只有50m，特別在松軟煤層中超前距離較短。

地質雷達探測方法探測距離較短，大約在20m～30m以內，同時雷達記錄易受附近機器干擾。

礦井瞬變電磁探測方法原理同地面瞬變電磁法，該方法的缺點是不能探測掘進頭附近約20m范圍內的地質體；巷道內金屬體、局部電性不均勻體被激發后產生的渦流場，對采集的數據影響較大，出現難以排除的假異常；對目標異常體在空間上的定位存在不確定性。

礦井直流電阻率法接收電極布置在掘進迎頭后方，受施工環境(鐵軌、金屬支架、錨網、電器設備、局部水坑或潮濕地段等)和巷道空間影響較大，接收的數據不穩定，假異常偏多；單次探測距離有限，一般認為80～100m。

紅外測溫方法探測距離較短，一般小于30m，且目前仍局限于定性預報異常體的含水性，對含水量亦不能進行定量或半定量預報。

申請號為200810044794.6的發明專利說明了一種預報隧道施工掌子面前方涌水位置的方法。不能定量預測地下水體相對于掌子面的距離。其工作方式是在施工掌子面后面的隧道周邊，隨隧道施工掌子面的前移，按一定間距逐點跟蹤測試隧道周邊巖體的溫度。其溫度測試在5～12m深的巖孔中進行，因此需要在隧道后方等間距實施一定數量的鉆孔，具有相對較大的工作量。

為避開各種干擾源的影響，增加單次探測距離，提高對隱伏致災體的探測能力，確保安全生產，迫切需要一種單次預報距離更長，精度更高的探測方法。

發明內容

本發明提出了一種在地面布置不接地回線，對目標區域實現全包圍，供電產生一次電磁場，井下順層鉆孔中直接接收孔周圍三個方向(三分量)二次場的瞬變電磁法地孔探測方法與裝置。