专利名称：煤矿井下磁电综合探测仪及磁电综合探测方法
技术领域：
本发明涉及一种矿井物探设备，特别是一种煤矿井下磁电综合探测仪。
背景技术：
电法分为交流电法和直流电法两大类，电法探测是以地质体中岩(矿)石的导电性差异为物质基础，通过观测与研究人工建立的地中电流或电场的分布特点和变化规律，来查明地下地质构造和寻找地下电性异常体，以达到找矿和解决其他地质问题(滑坡体、岩溶和采空区等)的一类勘查地球物理方法，具有成本低、工作效率高，反映地电、地质信息丰富等优点；交流电法以瞬变电磁法最为常见，瞬变电磁法是通过发射线圈向地质体发送瞬变一次场，这种迅速衰减的电场在地质体中感应出新的涡流场(二次场)，接收装置通过接收二次场的变化特征来探测地质异常体。瞬变电磁法主要优点是施工方便，效果清晰。主要缺点有
1、煤矿井下的瞬变电磁仪通常采用重叠回路装置，由于二次场的衰减非常快，加上一次场对二次场的影响，所以一般浅层盲区在0-20米，最高甚至超过30米；
2、煤层的电阻率范围大，一般在800-3000( Q/M)之间，瞬变电磁法常用的视电阻率反演会有较大误差，必须使用经验系数来校正。即使是校正后的视电阻率与地质体的实际电阻率还是有差异。直流电法以高密度电法最为常见；高密度电法是通过打入地质体的发射电极装置向被测地质体发送直流电流，通过接收装置测量地表电场的分布，来反演地下异常体的存在和分布；直流电法优点是地质体异常幅值强，反映的地电、地质信息可靠、丰富；主要缺点是探测深度浅，特别是遇到浅层高阻时电流穿透能力差，一般煤矿井下直流电法探测深度在50米以内。
发明内容
本发明的目的在于克服上述缺陷，提供一种煤矿井下磁电综合探测仪，该煤矿井下磁电综合探测仪特别适合于探测煤矿井下采空区、熔岩发育区、断层、破碎带充水等地质危害；用直流电法的对称四极装置测试的实际电阻率，来校正地质体的视电阻率，提高瞬变电磁法的精度；用直流电法数据来填补瞬变电磁法的浅层盲区，达到全测区无盲点。本发明是这样实现的一种煤矿井下磁电综合探测仪，包括发射机和接收机，发射机包括发射电源、发射控制电路、发射线圈、发射电极；接收机包括接收线圈、接收电极、接收信号调理电路、ADC、接收电源和数据处理平台；发射线圈和发射电极分别连接在发射控制电路瞬变电磁输出端和直流输出端，发射电源给发射控制电路供电；发射控制电路瞬变电磁输出端产生双极性矩形脉冲，通过发射线圈向地质体发射激励场，发射控制电路直流输出端产生周期极性变化直流电，通过发射电极向地质体发射直流点电源场；接收机包括接收线圈、接收电极、接收信号调理电路、ADC、接收电源和数据处理平台，接收线圈和接收电极连接在接收信号调理电路输入端，ADC输入端连接在信号调理电路输出端，ADC输出端连接到数据处理器平台，接收电源给接收信号调理电路、ADC和数据处理平台供电；接收线圈接收地质体产生的涡流电磁场，接收电极接收地质体电场分布，并将电磁场和电压差通过接收信号调理电路放大后送到ADC做数模转换，然后给数据处理平台做反演计算。所述煤矿井下磁电综合探测仪可以是独立的接收机和发射机关联而成，也可以是接收机和发射机合为一体。所述发射电极可以是二个也可以多个，发射电极用于发射周期极性变化直流电。所述发射线圈发射不同频率的瞬变电磁场。所述接收电极可以是二个也可以多个，接收电极用于接收地表电场的分布。所述接收线圈用于接收地下深部的瞬变二次场。一种煤矿井下磁电综合的探测方法，包括以下步骤
a)将矿井下电法综合探测仪切换到直流电法，用对称四极装置测量地质体露头的实际电阻率；
b)煤矿井下电法综合探测仪切换到直流电法，发射电极向地质体发射周期极性变化直流电，用接收装置探测地质体地表电场，得到直流电法的采样数据；
c)煤矿井下电法综合探测仪切换到瞬变电磁法，发射线圈向地质体发射瞬变一次场，接收线圈接收地质体二次涡流场，得到瞬变电磁法电法的采样数据；
d)直流电法的数据按直流电法的算法计算出视电阻率，再做深度转换，计算出不同深度的视电阻率等值线 e)瞬变电磁法的数据按瞬变电磁法的算法计算出视电阻率，再用直流电法的对称四极装置测出地质体露头的实际电阻率，用实际电阻率校正视电阻率，再做深度转换，计算出不同深度的视电阻率等值线 f)以归一化的视电阻率为反演基础数据，把瞬变电磁法的盲区部分数据剔后，将瞬变电磁法的数据与直流电法的数据按深度位置进行精准叠加，重叠部分数据取平均值，并沿深度方向做五点二次平滑，使直流电法数据和瞬变电磁法数据能平滑过渡；
g)按照实际地质体地形对数据进行地形校正；
h)用克里金插值法进行插值，反演成完整的二维数据体。常用的电法综合探测方法是分别用直流电法仪和瞬变电磁仪进行数据采集，分别对所采集的数据进行反演，圈定异常区后，独立成图来做对比核实。本发明所述的煤矿井下磁电综合探测仪具备直流电法和瞬变电磁法功能，通过不同装置同时进行数据采集，统一对所采集的数据进行反演，以直流电法的优势来弥补瞬变电磁法的缺陷，而不是将两者简单地组合。具有如下优点
1、可以分别以不同的测量装置采集数据，实时性强；
2、可以以直流电法装置采集的数据来填充瞬变电磁法的浅层盲区，达到全测区无盲占.
3、可以用直流电法的对称四极装置，测出地质体露头的实际电阻率，对瞬变电磁法的视电阻率进行校正，使瞬变电磁法的精度更高。
下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。
图1是本发明的煤矿井下磁电综合探测仪的发射机的结构框图。
图2是本发明的煤矿井下磁电综合探测仪的接收机的结构框图。
图3是本发明的煤矿井下磁电综合探测仪切换到直流电法时计算出的不同深度 的视电阻率等值线图。
图4是本发明的煤矿井下磁电综合探测仪切换到瞬变电磁法时计算出的不同深 度的视电阻率等值线图。
图5是本发明的煤矿井下磁电综合探测仪经过反演成完整的二维数据体。
具体实施方式
请同时参阅图1和图2，是本发明所述的一种煤矿井下磁电综合探测仪，包括发射 机和接收机，发射机包括发射电源、发射控制电路、发射线圈、发射电极；接收机包括接收线 圈、接收电极、接收信号调理电路、ADC、接收电源和数据处理平台；发射线圈和发射电极分 别连接在发射控制电路瞬变电磁输出端和直流输出端，发射电源给发射控制电路供电；发 射控制电路瞬变电磁输出端产生双极性矩形脉冲，通过发射线圈向地质体发射激励场，发 射控制电路直流输出端产生周期极性变化直流电，通过发射电极向地质体发射直流点电源 场；接收机包括接收线圈、接收电极、接收信号调理电路、ADC、接收电源和数据处理平台，接 收线圈和接收电极连接在接收信号调理电路输入端，ADC输入端连接在信号调理电路输出 端，ADC输出端连接到数据处理器平台，接收电源给接收信号调理电路、ADC和数据处理平 台供电；接收线圈接收地质体产生的涡流电磁场，接收电极接收地质体电场分布，并将电磁 场和电压差通过接收信号调理电路放大后送到ADC做数模转换，然后给数据处理平台做反 演计算。
煤矿井下电法综合探测仪可以是独立的接收机和发射机关联而成，也可以是接收 机和发射机合为一体。所述发射电极可以是二个也可以多个，发射电极用于发射周期极性 变化直流电。发射线圈发射不同频率的瞬变电磁场。接收电极可以是二个也可以多个，用 于接收地表电场的分布。接收线圈接收地下深部的瞬变二次场。地表电流场和深部二次场 数据同时采集，实时性强。
本发明所述的煤矿井下磁电综合探测仪用直流电法的对称四极装置，测出地质体 露头的实际电阻率，对瞬变电磁法的视电阻率进行校正，使瞬变电磁法的精度更高统一以 视电阻率为反演数据，把瞬变电磁法的数据盲区部分数据剔后，将瞬变电磁法的数据与直 流电法的数据按深度进行叠加，按照实际地质体地形对数据进行地形校正，用克里金插值 法进行插值，行成完整的二维数据体，反演地质体异常的存在和分布。
本发明所述的煤矿井下磁电综合的探测方法，包括以下步骤a)将矿井下电法综合探测仪切换到直流电法，用对称四极装置测量地质体露头的实 际电阻率；b)煤矿井下电法综合探测仪切换到直流电法，发射电极向地质体发射周期极性变化 直流电，用接收装置探测地质体地表电场，得到直流电法的采样数据；c)煤矿井下电法综合探测仪切换到瞬变电磁法，发射线圈向地质体发射瞬变一次场， 接收线圈接收地质体二次涡流场，得到瞬变电磁法电法的采样数据；d)直流电法的数据按直流电法的算法计算出视电阻率，再做深度转换，计算出不同深度的视电阻率等值线图，如图3 ；e)瞬变电磁法的数据按瞬变电磁法的算法计算出视电阻率，再用直流电法的对称四 极装置测出地质体露头的实际电阻率，用实际电阻率校正视电阻率，再做深度转换，计算出 不同深度的视电阻率等值线图，如图4 ；f)以归一化的视电阻率为反演基础数据，把瞬变电磁法的盲区部分数据剔后，将瞬变 电磁法的数据与直流电法的数据按深度位置进行精准叠加，重叠部分数据取平均值，并沿 深度方向做五点二次平滑，使直流电法数据和瞬变电磁法数据能平滑过渡；g)按照实际地质体地形对数据进行地形校正；h)用克里金插值法进行插值，反演成完整的二维数据体，如图5。
本发明所述的煤矿井下磁电综合探测仪具备直流电法和瞬变电磁法功能，通过不 同装置同时进行数据采集，统一对所采集的数据进行反演，以直流电法的优势来弥补瞬变 电磁法的缺陷，从而可以得到完整的二维数据体，达到全测区无盲点，因此特别适合于探测 煤矿井下采空区、熔岩发育区、断层、破碎带充水等地质危害。
权利要求
1.一种煤矿井下磁电综合探测仪，包括发射机和接收机，其特征在于发射机包括发射电源、发射控制电路、发射线圈、发射电极；接收机包括接收线圈、接收电极、接收信号调理电路、ADC、接收电源和数据处理平台；发射线圈和发射电极分别连接在发射控制电路瞬变电磁输出端和直流输出端，发射电源给发射控制电路供电；发射控制电路瞬变电磁输出端产生双极性矩形脉冲，通过发射线圈向地质体发射激励场，发射控制电路直流输出端产生周期极性变化直流电，通过发射电极向地质体发射直流点电源场；接收机包括接收线圈、接收电极、接收信号调理电路、ADC、接收电源和数据处理平台，接收线圈和接收电极连接在接收信号调理电路输入端，ADC输入端连接在信号调理电路输出端，ADC输出端连接到数据处理器平台，接收电源给接收信号调理电路、ADC和数据处理平台供电；接收线圈接收地质体产生的涡流电磁场，接收电极接收地质体电场分布，并将电磁场和电压差通过接收信号调理电路放大后送到ADC做数模转换，然后给数据处理平台做反演计算。
2.根据权利要求1所述的煤矿井下磁电综合探测仪，其特征在于所述煤矿井下磁电综合探测仪可以是独立的接收机和发射机关联而成，也可以是接收机和发射机合为一体。
3.根据权利要求1所述的煤矿井下磁电综合探测仪，其特征在于所述发射电极可以是二个也可以多个，发射电极用于发射周期极性变化直流电。
4.根据权利要求1所述的煤矿井下磁电综合探测仪，其特征在于所述接收电极可以是二个也可以多个，接收电极用于接收地表电场的分布。
5.一种利用权利要求1所述的煤矿井下磁电综合探测仪所使用的煤矿井下磁电综合的探测方法，包括以下步骤 a)将矿井下电法综合探测仪切换到直流电法，用对称四极装置测量地质体露头的实际电阻率； b)煤矿井下电法综合探测仪切换到直流电法，发射电极向地质体发射周期极性变化直流电，用接收装置探测地质体地表电场，得到直流电法的采样数据； c)煤矿井下电法综合探测仪切换到瞬变电磁法，发射线圈向地质体发射瞬变一次场，接收线圈接收地质体二次涡流场，得到瞬变电磁法电法的采样数据； d)直流电法的数据按直流电法的算法计算出视电阻率，再做深度转换，计算出不同深度的视电阻率等值线图； e)瞬变电磁法的数据按瞬变电磁法的算法计算出视电阻率，再用直流电法的对称四极装置测出地质体露头的实际电阻率，用实际电阻率校正视电阻率，再做深度转换，计算出不同深度的视电阻率等值线图； f)以归一化的视电阻率为反演基础数据，把瞬变电磁法的盲区部分数据剔后，将瞬变电磁法的数据与直流电法的数据按深度位置进行精准叠加，重叠部分数据取平均值，并沿深度方向做五点二次平滑，使直流电法数据和瞬变电磁法数据能平滑过渡； g)按照实际地质体地形对数据进行地形校正； h)用克里金插值法进行插值，反演成完整的二维数据体。
全文摘要
煤矿井下磁电综合探测仪及磁电综合探测方法。本发明涉及一种煤矿井下磁电综合探测仪，包括发射机和接收机，其特征在于发射机包括发射电源、发射控制电路、发射线圈、电极；接收机包括接收线圈、电极、接收信号调理电路、ADC、接收电源和数据处理平台。该煤矿井下磁电综合探测仪特别适合于探测煤矿井下采空区、熔岩发育区、断层、破碎带充水等地质危害；用直流电法的对称四极装置测试的实际电阻率，来校正地质体的视电阻率，提高瞬变电磁法的精度；用直流电法数据来填补瞬变电磁法的浅层盲区，达到全测区无盲点。
文档编号G01V3/04GK103064120SQ201210589018
公开日2013年4月24日 申请日期2012年12月29日 优先权日2012年12月29日
发明者林晓 申请人:福州华虹智能科技开发有限公司