[發(fā)明專(zhuān)利]一種基于磁梯度張量的瞬變電磁實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)超前探測(cè)方法及系統(tǒng)

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010595209.2
• 申請(qǐng)日: 2020-06-28
• 公開(kāi)（公告）號(hào): CN111708088B
• 公開(kāi)（公告）日: 2022-04-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 姜志海;王垚;白亞?wèn)|;劉樹(shù)才;張永宏;閆照濤;岳建華;安百州
• 申請(qǐng)（專(zhuān)利權(quán)）人: 中國(guó)礦業(yè)大學(xué);寧夏回族自治區(qū)地球物理地球化學(xué)勘查院
• 主分類(lèi)號(hào): G01V3/08
• 分類(lèi)號(hào): G01V3/08
• 代理公司: 南京經(jīng)緯專(zhuān)利商標(biāo)代理有限公司 32200
• 代理人: 羅運(yùn)紅

1.一種基于磁梯度張量的瞬變電磁實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)超前探測(cè)方法，其特征在于：該方法包括以下步驟：

步驟1：選取待勘探巷道，在巷道上方地面上布置矩形發(fā)射回線(xiàn)裝置；在巷道中布置十字形測(cè)線(xiàn)，在測(cè)線(xiàn)端點(diǎn)與中心點(diǎn)布置5個(gè)測(cè)點(diǎn)，測(cè)點(diǎn)1位于十字交叉中心，每個(gè)測(cè)點(diǎn)布置一個(gè)接收探頭；

步驟2：開(kāi)始探測(cè)，對(duì)發(fā)射系統(tǒng)與接收系統(tǒng)同時(shí)進(jìn)行校準(zhǔn)授時(shí)，轉(zhuǎn)為晶振同步，發(fā)射系統(tǒng)以固定時(shí)間間隔發(fā)射階躍波，在大地中感應(yīng)產(chǎn)生二次瞬變電磁場(chǎng)；

步驟3：巷道掘進(jìn)過(guò)程中，接收探頭隨掘進(jìn)工作面動(dòng)態(tài)移動(dòng)；接收探頭在階躍波關(guān)斷期間依次接收5個(gè)測(cè)點(diǎn)在x,y,z三個(gè)方向上的二次磁場(chǎng)強(qiáng)度分量H_x,H_y,H_z；

步驟4：將5個(gè)測(cè)點(diǎn)的磁場(chǎng)強(qiáng)度分量H_x,H_y,H_z兩兩組合差分，得到在空間x,y,z三個(gè)方向的變化率，構(gòu)成測(cè)點(diǎn)1處的磁梯度張量；

步驟5：利用測(cè)點(diǎn)1的磁梯度張量與測(cè)點(diǎn)1的磁場(chǎng)強(qiáng)度分量數(shù)據(jù)，通過(guò)導(dǎo)含水構(gòu)造磁梯度張量定位方程，得到探測(cè)區(qū)域的信息并繪制出成果圖；

步驟6：通過(guò)觀測(cè)圖中磁梯度定位的區(qū)域點(diǎn)是否存在聚集區(qū)域，以及對(duì)比上一時(shí)段的成果圖，判斷巷道中是否出現(xiàn)導(dǎo)/含水異常體；若出現(xiàn)異常體，進(jìn)行異常體定位與示警；

其中，構(gòu)建導(dǎo)含水構(gòu)造磁梯度張量定位方程，以及異常定位方法如下：

測(cè)點(diǎn)1處的磁梯度張量，共包括9個(gè)要素，記為G，表示如下：

將瞬變電磁場(chǎng)中的導(dǎo)/含水異常體在時(shí)間維度上等價(jià)為一系列的磁性體或磁偶極子，其中心位置為(X,Y,Z)，在一固定采樣延時(shí)上，距目標(biāo)中心|r|處的觀測(cè)點(diǎn)產(chǎn)生的磁場(chǎng)強(qiáng)度H為：

式中，|r|為觀測(cè)點(diǎn)到目標(biāo)中心的距離，r為起點(diǎn)是觀測(cè)點(diǎn)終點(diǎn)是目標(biāo)中心的矢量，r₀為沿r方向的單位矢量，m代表磁偶極子的磁矩；在場(chǎng)點(diǎn)r+r₀dr處的磁場(chǎng)強(qiáng)度H′表示為：

由H′減去H并結(jié)合磁梯度張量G推導(dǎo)得到導(dǎo)含水構(gòu)造磁梯度張量定位方程：

即：

基于導(dǎo)含水構(gòu)造磁梯度張量定位方程，利用測(cè)點(diǎn)1的磁梯度張量與測(cè)點(diǎn)1的磁場(chǎng)強(qiáng)度三分量數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)異常體的定位。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于磁梯度張量的瞬變電磁實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)超前探測(cè)方法，其特征在于：所述步驟3，以設(shè)置固定時(shí)間間隔的方式進(jìn)行動(dòng)態(tài)探測(cè)，即每隔時(shí)間t接收探頭移動(dòng)一次；或者根據(jù)掘進(jìn)速度，以及掘進(jìn)進(jìn)尺大小進(jìn)行動(dòng)態(tài)探測(cè)，即巷道每掘進(jìn)L米，接收探頭移動(dòng)一次。

3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述方法實(shí)現(xiàn)的一種基于磁梯度張量的瞬變電磁實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)超前探測(cè)系統(tǒng)，其特征在于：所述探測(cè)系統(tǒng)包括：布置于巷道上方地面的矩形發(fā)射回線(xiàn)裝置、發(fā)射站點(diǎn)，布置于監(jiān)控室的控制系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)與接收機(jī)，布置于巷道中的接收探頭與通信系統(tǒng)；

所述發(fā)射站點(diǎn)位于發(fā)射回線(xiàn)框外，包括發(fā)電機(jī)與發(fā)射系統(tǒng)，將矩形發(fā)射回線(xiàn)與發(fā)射系統(tǒng)連接，形成發(fā)射回路；所述發(fā)射系統(tǒng)用于發(fā)射階躍波；所述控制系統(tǒng)用于對(duì)發(fā)射系統(tǒng)與接收系統(tǒng)同時(shí)進(jìn)行校準(zhǔn)授時(shí)，實(shí)現(xiàn)發(fā)射與接收系統(tǒng)的同步，也用于發(fā)送指令至接收機(jī)控制接收探頭工作；所述通信系統(tǒng)傳輸接收探頭探測(cè)到的數(shù)據(jù)至接收機(jī)，所述接收機(jī)接收與存儲(chǔ)接收探頭探測(cè)到的數(shù)據(jù)并將數(shù)據(jù)傳輸至數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)；所述數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)用于對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)處理并采用磁梯度張量反演實(shí)現(xiàn)對(duì)含水異常體的實(shí)時(shí)定位。