基于u形螺线源的矿井瞬变电磁仪的制作方法
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及地质与勘探地球物理领域，尤其涉及一种基于U形螺线源的矿井瞬变电磁仪。
【背景技术】
[0002]瞬变电磁法(TransientElectromagnetic Method，简称TEM)是一种建立在电磁感应原理基础上的时间域人工源电磁探测方法。它是利用不接地回线或接地导线向地下发射一次场，在一次场关断后，测量由地下介质产生的感应二次场随时间的变化，来达到寻找各种地质目标的一种地球物理勘探方法。
[0003]发射线圈是瞬变电磁法勘探中的一次场产生单元。目前，在进行矿井瞬变电磁探测时，发射线圈采用多匝方形回线源(边长一般为2m)。井下探测具有干扰源复杂(包括工业电、铁轨、锚杆、掘进机等)和探测空间狭小的特点。传统的多匝方形回线源具有如下缺点:
[0004](I)抗干扰能力差，易受线圈附近干扰源影响，这会降低探测精度和分辨率。
[0005](2)发射线圈和接收线圈互感较强，这会增大仪器的关断时间，造成20m左右的探测盲区。
[0006](3)发射线圈尺寸相对较大，限制了在狭小巷道空间中的应用。
【实用新型内容】
[0007]针对上述现有技术中的不足，本实用新型提供一种基于U形螺线源的矿井瞬变电磁仪，以适应干扰源复杂和探测空间狭小的井下探测条件，并减小探测盲区。
[0008]为实现上述目的，本实用新型所采取的技术方案是:一种基于U形螺线源的矿井瞬变电磁仪，包括发射线圈、发射机、主机和接收线圈;所述发射线圈与发射机连接，发射机和接收线圈均与主机连接;所述发射线圈设有非导电U形支架和供电电线，所述供电电线以密绕螺线的方式缠绕在U形支架上，供电电线的起点在U形支架的一端，终点在U形支架的另一端，两端各预留出2-3m连接线与发射机连接。
[0009]所述的U形支架由两个直管和一个半圆形弯管组成，直管和半圆形弯管之间通过螺纹接口连接。
[0010]所述两个直管尺寸相同，半圆形弯管外径与直管外径一致。
[0011 ] 所述直管的外径为160mm-320mm，长度0.5m-2m;所述半圆形弯管外径160mm-320mm，半圆的直径0.5m_2m。
[0012]所述U形支架由不导电材料PVC做成。
[0013]所述发射线圈通过供电电线与发射机连接，发射机和接收线圈通过信号线与主机连接。
[0014]所述发射线圈与接收线圈间隔I_5m。
[0015]所述发射机和主机距离发射线圈和接收线圈Im之外。
[0016]所述发射机、主机、接收线圈和信号连接线与传统多匝方形回线源瞬变电磁探测装置相同。
[0017]基于U形螺线源的矿井瞬变电磁探测方法:
[0018]I)布置测线，在巷道内确定探测起点、终点位置，沿测线在巷道侧帮用粉笔或油漆每隔5m或I Om标上标记；
[0019]2)组装仪器，将发射线圈通过供电电线与发射机连接，将发射机和接收线圈通过信号线与主机连接;使发射线圈与接收线圈保持间隔l-5m;使发射机和主机距离发射线圈和接收线圈Im之外；
[0020]3)数据采集，采集时，整个探测装置作为一个整体，首先放置在测线起点位置进行一次数据采集;然后，按照标在巷道侧帮的标记，每隔5m或1m进行一次数据采集，直至测线辣占.z、 V，
[0021]4)数据处理，下面给出采样时间点基于二分搜索算法的全区视电阻率计算步骤:
[0022]4.1)给定二分搜索初始取值区间，最小相对误差；
[0023]4.2)计算中值电阻率，带入半空间正演公式计算中值电阻率所对应的理论磁感应强度；
[0024]4.3)计算观测值与理论值之间的相对误差；如果，则即为全区视电阻率，对应深度计算公式为，其中=4πΧ 10—7N/A2为真空磁导率，=0.3为全空间系数，第O个采样时间点，计算结束;否则，进行下一步；
[0025]4.4)如果则，反之;返回步骤2)继续执行。
[0026]步骤4.2中的半空间正演公式可参考文献(李金铭，地电场与电法勘探[M]，北京:地质出版社，2005)，本文中将不再详述。
[0027]与现有技术相比，本实用新型具有的优点和效果如下:
[0028](I)本实用新型将传统多匝方形回线源改造为U形螺线源，减小了发射线圈附近干扰源对一次场的干扰，从而提高了数据质量，提高了探测精度和分辨率；(2)本实用新型将传统多匝方形回线源改造为U形螺线源，减小了发射线圈与接收线圈之间的互感，即减小了关断时间，减小了探测盲区；(3)本实用新型将传统多匝方形回线源改造为U形螺线源，减小了发射线圈的尺寸，更加适应井下狭小的巷道空间；(4)本实用新型结构简单易于实现，很容易将传统多匝方形回线源瞬变电磁探测装置改造而成。
【附图说明】
[0029]图1基于U形螺线源的矿井瞬变电磁仪。
[0030]图2U形螺线源示意图。
[0031]图3U形支架结构示意图。
[0032]图4多匝方形回线源一次场示意图。
[0033]图5 U形螺线源一次场示意图。
[0034]图6某巷道6号测点实测数据。
[0035]图7本实用新型U型发射线圈探测信号示意图。
[0036]图中，1.发射线圈，1-1.U形支架，1-11.半圆形弯管，1-12.直管，1-2.供电电线，2.发射机，3.主机，4.接收线圈。
【具体实施方式】
[0037]以下参照具体实施例对本实用新型进行详细的说明。
[0038]实施例1
[0039]为了说明本实用新型的抗干扰能力和在减小关断时间方面的效果，本实用新型给出了传统方形回线源探测装置和本实用新型的测试对比结果。
[0040]实施例中多匝方形回线源和U形螺线源参数设置:
[0041 ]多匝方形回线源采用边长2m的正方形支架，供电电线长512m，以密绕螺线的方式缠绕在正方形支架上，两端各留出2.5m与发射机连接。
[0042]U形螺线源的U形支架1-1由两个直管1-12和一个半圆形弯管1-11三部分组成，材料均为PVC，直管1-12和半圆形弯管1-13之间通过螺纹接口连接;两个直管1-12尺寸相同，外径160mm，长度0.5m;半圆形弯管1-1 I外径160mm，半圆的直径0.5m。
[0043]供电电线1-2采用原有多匝方形回线源供电电线，长度512m。供电电线1-2以密绕螺线的方式缠绕在U形支架1-1上，供电电线1-2的起点在U形支架1-1的一端，终点在U形支架1-2的另一端，两端各留出2.5m与发射机2连接(结合附图1、2和3 )。
[0044]结附图4和附图5可以看出，多匝方形回线源一次场分布发散(见图4)，关断供电电流时会在接收线圈(一般放置在发射线圈附近1m之内)中产生较强互感;U形发射线源一次场主要集中在探测方向一定范围内(见图5)，关断供电电流时在接收线圈中产生的互感弱。
[0045]测试是在某巷道6号测点进行，测点后方2m处有一辆矿车。图6为矿车干扰下6号测点实测数据，横坐标为采样时间，纵坐标为磁场强度。图中加号线为常规方形回线源探测数据，点线为U形螺线源探测数据。由图6可见，U形螺线源关断时间(SOys)明显小于方形回线源关断时间(240ys)，U形螺线源探测数据曲线更加圆滑，说明采集的数据质量更好，抗干扰能力更强。使用U形螺线源采集的磁场强度整体小于方形回线源，是因为U形螺线源发射磁矩小于方形回线源发射磁矩，这不影响探测的准确性。
[0046]实施例2
[0047]为了说明U形螺线源的实用性，本实用新型给出了某次试验结果:
[0048]某巷道侧帮方向存在一已知含水陷落柱，钻孔出水量54m3/h。为了验证本实用新型的实用性，以钻孔为中心布置了 10m的测线，探测起点位于钻孔前50m，探测终点位于钻孔后50m。每隔1m设置一个测点，共11个测点。
[0049]图7为实测二次场剖面，横坐标为测点位置，纵坐标为磁场强度。钻孔位于粧号50m处。含水陷落柱区域电阻率低，二次场相对更强，从图中很容易识别陷落柱的发育范围(图中方框范围)。
【主权项】
1.一种基于U形螺线源的矿井瞬变电磁仪，包括发射线圈、发射机、主机和接收线圈；所述发射线圈与发射机连接，发射机和接收线圈均与主机连接;其特征在于，所述发射线圈设有非导电U形支架和供电电线，所述供电电线以密绕螺线的方式缠绕在U形支架上，供电电线的起点在U形支架的一端，终点在U形支架的另一端，两端各预留出2-3m连接线与发射机连接。2.根据权利要求1所述的一种基于U形螺线源的矿井瞬变电磁仪，其特征在于，所述的U形支架由两个直管和一个半圆形弯管组成，直管和半圆形弯管之间通过螺纹接口连接。3.根据权利要求2所述的一种基于U形螺线源的矿井瞬变电磁仪，其特征在于，所述两个直管尺寸相同，半圆形弯管外径与直管外径一致。4.根据权利要求3所述的一种基于U形螺线源的矿井瞬变电磁仪，其特征在于，所述直管的外径为160mm-320mm，长度0.5m_2m;所述半圆形弯管外径160mm-320mm，半圆的直径0.5m_2m05.根据权利要求1所述的一种基于U形螺线源的矿井瞬变电磁仪，其特征在于，所述U形支架由不导电材料PVC做成。6.根据权利要求1所述的一种基于U形螺线源的矿井瞬变电磁仪，其特征在于，所述发射线圈通过供电电线与发射机连接，发射机和接收线圈通过信号线与主机连接。7.根据权利要求1所述的一种基于U形螺线源的矿井瞬变电磁仪，其特征在于，所述发射线圈与接收线圈间隔l-5m。8.根据权利要求1所述的一种基于U形螺线源的矿井瞬变电磁仪，其特征在于，所述发射机和主机距离发射线圈和接收线圈Im之外。
【专利摘要】本实用新型涉及一种基于U形螺线源的矿井瞬变电磁仪，所述发射线圈设有非导电U形支架和供电电线，所述供电电线以密绕螺线的方式缠绕在U形支架上，供电电线的起点在U形支架的一端，终点在U形支架的另一端，两端各预留出2-3m连接线与发射机连接，发射线圈与接收线圈保持间隔1-5m；发射机和主机距离发射线圈和接收线圈1m之外，基于二分搜索算法进行全区视电阻率计算，本实用新型采用U形螺线源，减小发射线圈附近干扰源对一次场的干扰，提高了数据质量、探测精度和分辨率；减小了发射线圈与接收线圈之间的互感，即减小了关断时间和探测盲区；减小了发射线圈的尺寸，更加适应井下狭小的巷道空间；结构简单易于实现。
【IPC分类】G01V3/28
【公开号】CN205333876
【申请号】CN201620006228
【发明人】李飞, 尹尚先, 张超, 刘德民, 潘建旭, 韩永, 杨德方, 郑贵强, 时博浩, 袁小鑫
【申请人】华北科技学院
【公开日】2016年6月22日
【申请日】2016年1月7日