基于瞬变电磁法小窑物探参数试验分析

2019-02-19王鹏霏霍州煤电吕能临化庞庞塔煤矿山西吕梁033200

中国矿山工程 2019年6期

王鹏霏(霍州煤电吕能临化庞庞塔煤矿，山西吕梁 033200)

1 前言

瞬变电磁法其基本原理是利用不接地线圈(当然也可用接地导线)供脉冲电流，在地下激发起二次涡流，在一次场断开后观测其涡流形成的二次场(瞬变场)及其衰减态势,可解释地下地质结构。这是因为瞬变场的参数强度及延迟时间是与地下地质体的几何参数和电性参数有关。良导地质体(如含水体)尺寸越大,导电性越好，瞬变场强度越大且热损耗越小，故衰减越慢,延迟时间就越长。据上述特征就可判断被探测的赋水体几何位置和埋深。

某矿生产规模300万t/a，面积13.263 9km2。该矿工业广场位于临县木瓜坪乡吉家庄村，矿井采用斜井开拓，分采区开采5上、5、9号煤层，5号煤层分叉处5煤与5上煤层合并开采。掘进工作面全部采用综掘机掘进，主要巷道采用料石砌碹支护，部分采用锚喷，掘进工作面巷道全部采用锚网梁支护。采煤方法为综合机械化长壁式低位放顶采煤法，全部垮落法控制顶板。

为了更好地完成地面小窑物的勘探任务，在进行野外数据采集之前，进行了试验工作。试验工作的主要目的是了解勘查区的地电条件、施工条件、干扰背景以及煤层采空积水区的地球物理特征等，通过有效试验，以便选择最佳工作方法和装置参数。单点试验选取在钻孔P104附近的DSY- 1点和钻孔P105附近的DSY- 2点进行。试验线选在勘查区外北部的推断存在采空积水地段进行。

2 仪器选择

本次勘探投入的瞬变电磁仪器为TEM- 6强源瞬变电磁仪。TEM- 6型瞬变电磁勘探仪主要参数：

(1)强场源：仪器供电电流最大为1 500A，极大的增强了信噪比和勘探深度。

(2)以便携机为主体，具有多种实时处理功能，采用软硬件结合方法压制和补偿50Hz工业电流干扰，补偿仪器零点漂移，剔除输入信号的最大误差值，数字滤波，任意次数叠加，替位平均，各种平滑处理，多测道的疏密平均等[1]。

(3)仪器测量部分选用高速16位A/D，采用高精密的芯片以及快速比较器组成“一次到位”的浮点放大器，使系统的总精度优于0.5%，满足详查指标的要求，仪器备有自校零功能，在测量时间内，仪器零点漂移被完全补偿，工作非常稳定。

3 仪器试验分析

根据本区特点及瞬变电磁法的要求，试验工作包括工作装置、供电电流、供电脉宽、供电次数等，同时进行参数有效性试验和噪音水平试验[2]。

3.1 参数试验

1) 装置试验

供电电流300A、供电脉宽4ms、供电次数8次叠加，分别用5m×5m单匝中心回线和10m×10m单匝中心回线。从图1可以看出使用两个不同边框时，曲线形态相近，考虑勘查区地形起伏变化较大和煤层埋深较大，为了加大有效探测深度，所以使用10×10m单匝中心回线装置。

图1 不同发射边框衰减曲线对比图

2)供电电流试验

装置10m×10m单匝中心回线，供电脉宽4ms，供电次数8次，分别使用230A、300A和350A的供电电流。从图2可以看出用350A和300A的供电电流时信噪比高，曲线形态圆滑，可以有效压制干扰；使用230A的供电电流时衰减曲线尾部不稳定，综合考虑选定电流为300A。

图2 不同供电电流衰减曲线对比图

3)供电脉宽试验

装置为10m×10m单匝中心回线、供电电流300A，分别使用4ms和8ms的供电脉宽。从图3上可以看出两曲线形态相似，考虑供电脉宽越大，耗电量越大，所以供电脉宽选定为4ms。

图3 不同脉宽衰减曲线对比图

4)供电次数试验

装置为10m×10m单匝中心回线、供电电流300A、供电脉宽4ms，分别使用4、8、16次叠加。从图4可以看出使用4次叠加时，尾部出现浮动，有干扰信号影响正常衰减形态，使用8次和16次叠加时曲线形态相似，同时考虑到野外施工效率，所以叠加次数选定为8次。

图4 不同供电次数衰减曲线对比图

3.2 噪声水平试验

测区主要存在的干扰源有高压线、地下游离电磁干扰和地面建筑物干扰，其特点是造成的干扰不可避免，随机性较强；采用试验合适的最大电流压制和线框平行于地面供电线减小干扰。图5所示为远离高压线干扰处同一点噪声与采集的衰减曲线对比图，虚线为开发射时电压衰减曲线，实线为不开发射情况下噪声电频信息。从图中可以看出，发射衰减曲线比较圆滑，噪声信息信号在衰减曲线之下，所以各测道数据均可用。