作 者
姚伟华,王 鹏,李明星,苏 超,程思远
作者单位
中煤科工集团西安研究院有限公司
研究背景
我国煤炭资源主要采用地下挖掘方式开采，然而，随着矿井不断向地下深处拓展kaiyun全站网页版登录，其水文地质条件日益复杂化，水害防治的挑战也日益加剧。在水下煤矿中，水害事故多见于巷道挖掘阶段以及工作面回采阶段。为了应对巷道前方可能出现的灾害性地质体，我们主要采用地震反射波探测、瑞雷波探测、地质雷达探测、矿井瞬变电磁探测以及矿井直流电阻率探测等多种超前物探技术。
这些地质勘探技术在过去的应用中成功预判了潜在的地质灾害，对于确保矿井生产的安全起到了至关重要的作用。然而云开·全站体育app登录，它们也存在一些不足，比如探测范围有限、误报现象频繁等。为了解决这些问题，我们研发了一种适用于煤矿井下水平钻孔的地面至水平孔瞬变电磁三分量预探测技术。该技术的发射回线设置在地表，而接收探头则安放在地下的水平孔内，由于与异常体距离较近，因此接收到的异常响应信号强大，同时电磁干扰较小，并且能够获取到三分量数据，这使得该技术能够有效地在煤矿井下进行长距离的探测，以便发现和探测前方隐蔽的水源性致灾体。
摘 要
为规避井下传统瞬变电磁探测因巷道电磁干扰、锚网、掘进机等因素的干扰，本研究提出了一种新型地面发射回线布置法。此法可在煤矿井下掘进作业面或水平钻孔中，对瞬变电磁场的三分量信号进行测量。该方法具备径向探测深度深、三分量接收探头靠近异常体、异常场与总场比值高，从而更易于发现异常体的显著优势。
利用瞬变电磁三维时域有限差分正演算法，对以下模型进行了深入研究：一是均匀半空间模型，二是均匀半空间中包含孤立异常体的模型，三是异常体位于水平钻孔不同方位的地孔模型。研究内容涵盖了瞬变电磁三分量的总场和异常场响应特征。
观察到三分量总场与异常场在整体上呈现出烟圈效应的特征，而总场与异常场三分量的衰减曲线，亦或是多测道曲线开yun体育app官网网页登录入口，其随时间的演变特点，可以通过分析感应电流环在不同时间点相对于测点或测线的具体位置来加以研究。
若不考虑互感效应，地下接收到的不同时间点的三轴分量反应可以被视为背景电流环与异常电流环的综合体现；在此过程中，异常场的三轴分布可通过与一次场方向垂直且形状一致的电流环进行模拟；此外，当异常体位于水平钻孔的不同方向时，异常场的X轴分量呈现S型，而Y轴和Z轴分量则表现为单峰特征；值得注意的是，不同象限的异常场三轴组合形态各异，据此特征，我们可以推断出异常体在钻孔中的深度及其具体方位。
最终在地面上执行了针对地孔瞬变电磁探测技术的相似性实验，这一过程证实了理论模型在响应特性方面的准确性。
作者简介
姚伟华，生于1989年7月，性别男，籍贯陕西西安，担任助理研究员，拥有硕士研究生学历。他于2015年毕业于长安大学，目前在中煤科工集团西安研究院有限公司工作。曾荣获中煤科工集团西安研究院科技创新奖两次，五小发明奖两次，西安市科技进步奖一项，以及陕西省科技进步奖一项。此外，他还发表了六篇学术论文。
研究方向
煤田瞬变电磁法
主要成果
专注于煤田地面瞬变电磁法定源回线约束反演成像技术以及地孔瞬变电磁法对含导水异常体的精细探测技术与方法的研究，本研究团队提出了一套特别适用于煤田沉积地层的地面瞬变电磁与地孔瞬变电磁数据处理的策略，同时研发了相应的数据处理软件，从而为煤矿的高效和安全运营提供了坚实的科技支撑。
文中图片
地孔瞬变电磁法超前探测示意
均匀半空间模型俯视图
均匀半空间模型磁场响应曲线
电流环传播示意
不同时刻异常场XZ平面三分量矢量分布
不同时刻异常场XY平面三分量矢量分布
不同时刻电流环三分量与感应涡流三分量对比
不同方位异常体模型示意
不同方位异常体模型三分量测道图
物理试验现场照片
物理试验布置
测线1磁场响应曲线
