專利名稱：煤礦井下磁電綜合探測儀及磁電綜合探測方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種礦井物探設(shè)備，特別是一種煤礦井下磁電綜合探測儀。
背景技術(shù)：
電法分為交流電法和直流電法兩大類，電法探測是以地質(zhì)體中巖(礦)石的導(dǎo)電性差異為物質(zhì)基礎(chǔ)，通過觀測與研究人工建立的地中電流或電場的分布特點和變化規(guī)律，來查明地下地質(zhì)構(gòu)造和尋找地下電性異常體，以達到找礦和解決其他地質(zhì)問題(滑坡體、巖溶和采空區(qū)等)的一類勘查地球物理方法，具有成本低、工作效率高，反映地電、地質(zhì)信息豐富等優(yōu)點；交流電法以瞬變電磁法最為常見，瞬變電磁法是通過發(fā)射線圈向地質(zhì)體發(fā)送瞬變一次場，這種迅速衰減的電場在地質(zhì)體中感應(yīng)出新的渦流場(二次場)，接收裝置通過接收二次場的變化特征來探測地質(zhì)異常體。瞬變電磁法主要優(yōu)點是施工方便，效果清晰。主要缺點有
1、煤礦井下的瞬變電磁儀通常采用重疊回路裝置，由于二次場的衰減非?？欤由弦淮螆鰧Χ螆龅挠绊?，所以一般淺層盲區(qū)在0-20米，最高甚至超過30米；
2、煤層的電阻率范圍大，一般在800-3000( Q/M)之間，瞬變電磁法常用的視電阻率反演會有較大誤差，必須使用經(jīng)驗系數(shù)來校正。即使是校正后的視電阻率與地質(zhì)體的實際電阻率還是有差異。直流電法以高密度電法最為常見；高密度電法是通過打入地質(zhì)體的發(fā)射電極裝置向被測地質(zhì)體發(fā)送直流電流，通過接收裝置測量地表電場的分布，來反演地下異常體的存在和分布；直流電法優(yōu)點是地質(zhì)體異常幅值強，反映的地電、地質(zhì)信息可靠、豐富；主要缺點是探測深度淺，特別是遇到淺層高阻時電流穿透能力差，一般煤礦井下直流電法探測深度在50米以內(nèi)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述缺陷，提供一種煤礦井下磁電綜合探測儀，該煤礦井下磁電綜合探測儀特別適合于探測煤礦井下采空區(qū)、熔巖發(fā)育區(qū)、斷層、破碎帶充水等地質(zhì)危害；用直流電法的對稱四極裝置測試的實際電阻率，來校正地質(zhì)體的視電阻率，提高瞬變電磁法的精度；用直流電法數(shù)據(jù)來填補瞬變電磁法的淺層盲區(qū)，達到全測區(qū)無盲點。本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的一種煤礦井下磁電綜合探測儀，包括發(fā)射機和接收機，發(fā)射機包括發(fā)射電源、發(fā)射控制電路、發(fā)射線圈、發(fā)射電極；接收機包括接收線圈、接收電極、接收信號調(diào)理電路、ADC、接收電源和數(shù)據(jù)處理平臺；發(fā)射線圈和發(fā)射電極分別連接在發(fā)射控制電路瞬變電磁輸出端和直流輸出端，發(fā)射電源給發(fā)射控制電路供電；發(fā)射控制電路瞬變電磁輸出端產(chǎn)生雙極性矩形脈沖，通過發(fā)射線圈向地質(zhì)體發(fā)射激勵場，發(fā)射控制電路直流輸出端產(chǎn)生周期極性變化直流電，通過發(fā)射電極向地質(zhì)體發(fā)射直流點電源場；接收機包括接收線圈、接收電極、接收信號調(diào)理電路、ADC、接收電源和數(shù)據(jù)處理平臺，接收線圈和接收電極連接在接收信號調(diào)理電路輸入端，ADC輸入端連接在信號調(diào)理電路輸出端，ADC輸出端連接到數(shù)據(jù)處理器平臺，接收電源給接收信號調(diào)理電路、ADC和數(shù)據(jù)處理平臺供電；接收線圈接收地質(zhì)體產(chǎn)生的渦流電磁場，接收電極接收地質(zhì)體電場分布，并將電磁場和電壓差通過接收信號調(diào)理電路放大后送到ADC做數(shù)模轉(zhuǎn)換，然后給數(shù)據(jù)處理平臺做反演計算。所述煤礦井下磁電綜合探測儀可以是獨立的接收機和發(fā)射機關(guān)聯(lián)而成，也可以是接收機和發(fā)射機合為一體。所述發(fā)射電極可以是二個也可以多個，發(fā)射電極用于發(fā)射周期極性變化直流電。所述發(fā)射線圈發(fā)射不同頻率的瞬變電磁場。所述接收電極可以是二個也可以多個，接收電極用于接收地表電場的分布。所述接收線圈用于接收地下深部的瞬變二次場。一種煤礦井下磁電綜合的探測方法，包括以下步驟
a)將礦井下電法綜合探測儀切換到直流電法，用對稱四極裝置測量地質(zhì)體露頭的實際電阻率；
b)煤礦井下電法綜合探測儀切換到直流電法，發(fā)射電極向地質(zhì)體發(fā)射周期極性變化直流電，用接收裝置探測地質(zhì)體地表電場，得到直流電法的采樣數(shù)據(jù)；
c)煤礦井下電法綜合探測儀切換到瞬變電磁法，發(fā)射線圈向地質(zhì)體發(fā)射瞬變一次場，接收線圈接收地質(zhì)體二次渦流場，得到瞬變電磁法電法的采樣數(shù)據(jù)；
d)直流電法的數(shù)據(jù)按直流電法的算法計算出視電阻率，再做深度轉(zhuǎn)換，計算出不同深度的視電阻率等值線 e)瞬變電磁法的數(shù)據(jù)按瞬變電磁法的算法計算出視電阻率，再用直流電法的對稱四極裝置測出地質(zhì)體露頭的實際電阻率，用實際電阻率校正視電阻率，再做深度轉(zhuǎn)換，計算出不同深度的視電阻率等值線 f)以歸一化的視電阻率為反演基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，把瞬變電磁法的盲區(qū)部分?jǐn)?shù)據(jù)剔后，將瞬變電磁法的數(shù)據(jù)與直流電法的數(shù)據(jù)按深度位置進行精準(zhǔn)疊加，重疊部分?jǐn)?shù)據(jù)取平均值，并沿深度方向做五點二次平滑，使直流電法數(shù)據(jù)和瞬變電磁法數(shù)據(jù)能平滑過渡；
g)按照實際地質(zhì)體地形對數(shù)據(jù)進行地形校正；
h)用克里金插值法進行插值，反演成完整的二維數(shù)據(jù)體。常用的電法綜合探測方法是分別用直流電法儀和瞬變電磁儀進行數(shù)據(jù)采集，分別對所采集的數(shù)據(jù)進行反演，圈定異常區(qū)后，獨立成圖來做對比核實。本發(fā)明所述的煤礦井下磁電綜合探測儀具備直流電法和瞬變電磁法功能，通過不同裝置同時進行數(shù)據(jù)采集，統(tǒng)一對所采集的數(shù)據(jù)進行反演，以直流電法的優(yōu)勢來彌補瞬變電磁法的缺陷，而不是將兩者簡單地組合。具有如下優(yōu)點
1、可以分別以不同的測量裝置采集數(shù)據(jù)，實時性強；
2、可以以直流電法裝置采集的數(shù)據(jù)來填充瞬變電磁法的淺層盲區(qū)，達到全測區(qū)無盲占.
3、可以用直流電法的對稱四極裝置，測出地質(zhì)體露頭的實際電阻率，對瞬變電磁法的視電阻率進行校正，使瞬變電磁法的精度更高。


下面參照附圖結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步的說明。
圖1是本發(fā)明的煤礦井下磁電綜合探測儀的發(fā)射機的結(jié)構(gòu)框圖。
圖2是本發(fā)明的煤礦井下磁電綜合探測儀的接收機的結(jié)構(gòu)框圖。
圖3是本發(fā)明的煤礦井下磁電綜合探測儀切換到直流電法時計算出的不同深度 的視電阻率等值線圖。
圖4是本發(fā)明的煤礦井下磁電綜合探測儀切換到瞬變電磁法時計算出的不同深 度的視電阻率等值線圖。
圖5是本發(fā)明的煤礦井下磁電綜合探測儀經(jīng)過反演成完整的二維數(shù)據(jù)體。
具體實施方式
請同時參閱圖1和圖2，是本發(fā)明所述的一種煤礦井下磁電綜合探測儀，包括發(fā)射 機和接收機，發(fā)射機包括發(fā)射電源、發(fā)射控制電路、發(fā)射線圈、發(fā)射電極；接收機包括接收線 圈、接收電極、接收信號調(diào)理電路、ADC、接收電源和數(shù)據(jù)處理平臺；發(fā)射線圈和發(fā)射電極分 別連接在發(fā)射控制電路瞬變電磁輸出端和直流輸出端，發(fā)射電源給發(fā)射控制電路供電；發(fā) 射控制電路瞬變電磁輸出端產(chǎn)生雙極性矩形脈沖，通過發(fā)射線圈向地質(zhì)體發(fā)射激勵場，發(fā) 射控制電路直流輸出端產(chǎn)生周期極性變化直流電，通過發(fā)射電極向地質(zhì)體發(fā)射直流點電源 場；接收機包括接收線圈、接收電極、接收信號調(diào)理電路、ADC、接收電源和數(shù)據(jù)處理平臺，接 收線圈和接收電極連接在接收信號調(diào)理電路輸入端，ADC輸入端連接在信號調(diào)理電路輸出 端，ADC輸出端連接到數(shù)據(jù)處理器平臺，接收電源給接收信號調(diào)理電路、ADC和數(shù)據(jù)處理平 臺供電；接收線圈接收地質(zhì)體產(chǎn)生的渦流電磁場，接收電極接收地質(zhì)體電場分布，并將電磁 場和電壓差通過接收信號調(diào)理電路放大后送到ADC做數(shù)模轉(zhuǎn)換，然后給數(shù)據(jù)處理平臺做反 演計算。
煤礦井下電法綜合探測儀可以是獨立的接收機和發(fā)射機關(guān)聯(lián)而成，也可以是接收 機和發(fā)射機合為一體。所述發(fā)射電極可以是二個也可以多個，發(fā)射電極用于發(fā)射周期極性 變化直流電。發(fā)射線圈發(fā)射不同頻率的瞬變電磁場。接收電極可以是二個也可以多個，用 于接收地表電場的分布。接收線圈接收地下深部的瞬變二次場。地表電流場和深部二次場 數(shù)據(jù)同時采集，實時性強。
本發(fā)明所述的煤礦井下磁電綜合探測儀用直流電法的對稱四極裝置，測出地質(zhì)體 露頭的實際電阻率，對瞬變電磁法的視電阻率進行校正，使瞬變電磁法的精度更高統(tǒng)一以 視電阻率為反演數(shù)據(jù)，把瞬變電磁法的數(shù)據(jù)盲區(qū)部分?jǐn)?shù)據(jù)剔后，將瞬變電磁法的數(shù)據(jù)與直 流電法的數(shù)據(jù)按深度進行疊加，按照實際地質(zhì)體地形對數(shù)據(jù)進行地形校正，用克里金插值 法進行插值，行成完整的二維數(shù)據(jù)體，反演地質(zhì)體異常的存在和分布。
本發(fā)明所述的煤礦井下磁電綜合的探測方法，包括以下步驟a)將礦井下電法綜合探測儀切換到直流電法，用對稱四極裝置測量地質(zhì)體露頭的實 際電阻率；b)煤礦井下電法綜合探測儀切換到直流電法，發(fā)射電極向地質(zhì)體發(fā)射周期極性變化 直流電，用接收裝置探測地質(zhì)體地表電場，得到直流電法的采樣數(shù)據(jù)；c)煤礦井下電法綜合探測儀切換到瞬變電磁法，發(fā)射線圈向地質(zhì)體發(fā)射瞬變一次場， 接收線圈接收地質(zhì)體二次渦流場，得到瞬變電磁法電法的采樣數(shù)據(jù)；d)直流電法的數(shù)據(jù)按直流電法的算法計算出視電阻率，再做深度轉(zhuǎn)換，計算出不同深度的視電阻率等值線圖，如圖3 ；e)瞬變電磁法的數(shù)據(jù)按瞬變電磁法的算法計算出視電阻率，再用直流電法的對稱四 極裝置測出地質(zhì)體露頭的實際電阻率，用實際電阻率校正視電阻率，再做深度轉(zhuǎn)換，計算出 不同深度的視電阻率等值線圖，如圖4 ；f)以歸一化的視電阻率為反演基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，把瞬變電磁法的盲區(qū)部分?jǐn)?shù)據(jù)剔后，將瞬變 電磁法的數(shù)據(jù)與直流電法的數(shù)據(jù)按深度位置進行精準(zhǔn)疊加，重疊部分?jǐn)?shù)據(jù)取平均值，并沿 深度方向做五點二次平滑，使直流電法數(shù)據(jù)和瞬變電磁法數(shù)據(jù)能平滑過渡；g)按照實際地質(zhì)體地形對數(shù)據(jù)進行地形校正；h)用克里金插值法進行插值，反演成完整的二維數(shù)據(jù)體，如圖5。
本發(fā)明所述的煤礦井下磁電綜合探測儀具備直流電法和瞬變電磁法功能，通過不 同裝置同時進行數(shù)據(jù)采集，統(tǒng)一對所采集的數(shù)據(jù)進行反演，以直流電法的優(yōu)勢來彌補瞬變 電磁法的缺陷，從而可以得到完整的二維數(shù)據(jù)體，達到全測區(qū)無盲點，因此特別適合于探測 煤礦井下采空區(qū)、熔巖發(fā)育區(qū)、斷層、破碎帶充水等地質(zhì)危害。
權(quán)利要求
1.一種煤礦井下磁電綜合探測儀，包括發(fā)射機和接收機，其特征在于發(fā)射機包括發(fā)射電源、發(fā)射控制電路、發(fā)射線圈、發(fā)射電極；接收機包括接收線圈、接收電極、接收信號調(diào)理電路、ADC、接收電源和數(shù)據(jù)處理平臺；發(fā)射線圈和發(fā)射電極分別連接在發(fā)射控制電路瞬變電磁輸出端和直流輸出端，發(fā)射電源給發(fā)射控制電路供電；發(fā)射控制電路瞬變電磁輸出端產(chǎn)生雙極性矩形脈沖，通過發(fā)射線圈向地質(zhì)體發(fā)射激勵場，發(fā)射控制電路直流輸出端產(chǎn)生周期極性變化直流電，通過發(fā)射電極向地質(zhì)體發(fā)射直流點電源場；接收機包括接收線圈、接收電極、接收信號調(diào)理電路、ADC、接收電源和數(shù)據(jù)處理平臺，接收線圈和接收電極連接在接收信號調(diào)理電路輸入端，ADC輸入端連接在信號調(diào)理電路輸出端，ADC輸出端連接到數(shù)據(jù)處理器平臺，接收電源給接收信號調(diào)理電路、ADC和數(shù)據(jù)處理平臺供電；接收線圈接收地質(zhì)體產(chǎn)生的渦流電磁場，接收電極接收地質(zhì)體電場分布，并將電磁場和電壓差通過接收信號調(diào)理電路放大后送到ADC做數(shù)模轉(zhuǎn)換，然后給數(shù)據(jù)處理平臺做反演計算。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤礦井下磁電綜合探測儀，其特征在于所述煤礦井下磁電綜合探測儀可以是獨立的接收機和發(fā)射機關(guān)聯(lián)而成，也可以是接收機和發(fā)射機合為一體。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤礦井下磁電綜合探測儀，其特征在于所述發(fā)射電極可以是二個也可以多個，發(fā)射電極用于發(fā)射周期極性變化直流電。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的煤礦井下磁電綜合探測儀，其特征在于所述接收電極可以是二個也可以多個，接收電極用于接收地表電場的分布。
5.一種利用權(quán)利要求1所述的煤礦井下磁電綜合探測儀所使用的煤礦井下磁電綜合的探測方法，包括以下步驟 a)將礦井下電法綜合探測儀切換到直流電法，用對稱四極裝置測量地質(zhì)體露頭的實際電阻率； b)煤礦井下電法綜合探測儀切換到直流電法，發(fā)射電極向地質(zhì)體發(fā)射周期極性變化直流電，用接收裝置探測地質(zhì)體地表電場，得到直流電法的采樣數(shù)據(jù)； c)煤礦井下電法綜合探測儀切換到瞬變電磁法，發(fā)射線圈向地質(zhì)體發(fā)射瞬變一次場，接收線圈接收地質(zhì)體二次渦流場，得到瞬變電磁法電法的采樣數(shù)據(jù)； d)直流電法的數(shù)據(jù)按直流電法的算法計算出視電阻率，再做深度轉(zhuǎn)換，計算出不同深度的視電阻率等值線圖； e)瞬變電磁法的數(shù)據(jù)按瞬變電磁法的算法計算出視電阻率，再用直流電法的對稱四極裝置測出地質(zhì)體露頭的實際電阻率，用實際電阻率校正視電阻率，再做深度轉(zhuǎn)換，計算出不同深度的視電阻率等值線圖； f)以歸一化的視電阻率為反演基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，把瞬變電磁法的盲區(qū)部分?jǐn)?shù)據(jù)剔后，將瞬變電磁法的數(shù)據(jù)與直流電法的數(shù)據(jù)按深度位置進行精準(zhǔn)疊加，重疊部分?jǐn)?shù)據(jù)取平均值，并沿深度方向做五點二次平滑，使直流電法數(shù)據(jù)和瞬變電磁法數(shù)據(jù)能平滑過渡； g)按照實際地質(zhì)體地形對數(shù)據(jù)進行地形校正； h)用克里金插值法進行插值，反演成完整的二維數(shù)據(jù)體。
全文摘要
煤礦井下磁電綜合探測儀及磁電綜合探測方法。本發(fā)明涉及一種煤礦井下磁電綜合探測儀，包括發(fā)射機和接收機，其特征在于發(fā)射機包括發(fā)射電源、發(fā)射控制電路、發(fā)射線圈、電極；接收機包括接收線圈、電極、接收信號調(diào)理電路、ADC、接收電源和數(shù)據(jù)處理平臺。該煤礦井下磁電綜合探測儀特別適合于探測煤礦井下采空區(qū)、熔巖發(fā)育區(qū)、斷層、破碎帶充水等地質(zhì)危害；用直流電法的對稱四極裝置測試的實際電阻率，來校正地質(zhì)體的視電阻率，提高瞬變電磁法的精度；用直流電法數(shù)據(jù)來填補瞬變電磁法的淺層盲區(qū)，達到全測區(qū)無盲點。
文檔編號G01V3/04GK103064120SQ201210589018
公開日2013年4月24日 申請日期2012年12月29日 優(yōu)先權(quán)日2012年12月29日
發(fā)明者林曉 申請人:福州華虹智能科技開發(fā)有限公司