矿井瞬变电磁不同接收装置探测研究

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张军,王勇,赵兆

中煤科工集团西安讨论院有限公司，陕西西安710077

图1接收回路等效电路图依据接收回路等效电路图可以计算出接收回路阻尼系数：

(1)p

p为线圈的谐振频率，依据计算出的阻尼系数，可以推导出接收回路的截止频率为[23]：

fb(2)在给出了接收线圈性能特性参数之后，现在来分析阻尼电阻即阻尼系数对这些性能参数的影响。阻尼系数越小，冲激响应曲线上升时间越短，响应速度越快，通带截止频率越大，幅值越大，接收线圈的高频特性越明显，曲线改变越猛烈。阻尼系数越大，冲激响应曲线上升时间越长，响应速度越慢，通带截止频率越低，幅值越小，接收线圈的低频特性越明显，曲线越趋于平缓。=1(临界阻尼)时，冲激响应与阶跃响应曲线不发生振荡，幅值中等，信号衰减不大，仪器灵敏度较高，随阻尼系数的增加通带很快变窄，截止频率很快减小，随阻尼系数减小，通带变宽，截止频率很快增大。接收系统首先应当截止频率高，这样可以减小浅部勘探盲区；其次，抱负状态是临界阻尼状态(=l)。

当采纳接收线圈观测二次场时，由于接收线圈本身将存在一种固有过渡过程，以致接收线圈输出的并不完全是线圈上的感应电压，包括线圈上的分布电容的电位改变。它的存在将干扰正常观测，由于线圈的过渡过程存在，实际观测到的早期信号中包含接收线圈的过渡过程，观测值为二次感应电压的线圈过渡过程和一次感应电压的过渡过程相加。

由于线圈固有过渡过程的存在，电流关断后早期的二次感应电压幅值变小，使在感应段的异样曲线达到极大值的时间延迟，由原来在关断结束马上涌现最大值，变为延迟了一段时间；阻尼系数越大，在感应段上升和衰减速度越快；关断时间越长，一次感应电压的幅值越小，受影响的时间窗口变宽，早期发生畸变的数据变多。

4接收装置对比

4.1传统接收线圈

瞬变电磁接收装置实际测得的感应电压曲线。它不是单纯的二次场，而是夹杂了接收线圈暂态过程。在一般状况下接收线圈暂态过程比较短，所以不会涌现在晚期信号里，但在早期信号里它很大，不容忽视。下列图为两种不同接收回线装置。

图2瞬变电磁探测装置示意图

(a)重叠回线装置；(b)中心回线装置

重叠回线装置与目的物耦合紧密，横向辨别率高，异样幅度大，发射磁矩和接收磁矩较大，勘探深度可达数百米。重叠回线装置的缺点是接收回线接收磁场垂直份量辨别率较低，设备粗重，铺设线圈时比较麻烦，难以避开干扰区。

4.2接收天线装置

与重叠回线装置相比，减小了接收回线的大小。其具有同点装置共有的最正确耦合，异样幅度大，横向辨别率高等优点。由于中心回线组合装置接收回线较小，因此可观测磁场的水平份量，相比于重叠回线装置提高了辨别率；而且接收回线可避开井下金属体等人为良导体，在良导体较多的地区，数据质量优于重叠回线装置。缺点是受地质体的不匀称性影响较大。

接收线圈的暂态过程可以用数据处理的方法来清除。对于肯定的接收线圈，其暂态过程的时间常数也是肯定的，那么我们就可以在后期处理数据时，把暂态过程从实测曲线中减去。同样也可以用放大电路来补偿，放大电路一般采纳差分放大，以抑制共模干扰信号。放大电路部分应放在信号传输之前，这样可以抑制传输过程中产生的干扰。但是，为了从根本上解

接收天线的原理如图3所示。依据线圈的L和开关等分布电容C适当选择R1和R2,使其处于临界阻尼状态,暂态过程就会很快消逝，这样就大大减小了探测盲区，增大了勘探范围。

4.3对比分析

在实际应用中，我们同时运用了传统接收线圈和接收天线法。其结果示意图如图4所示。为了便于比较，我们把传统接收线圈方法、天线接收方法放在同一图里。

200000

电压V/mV200002000时间t/s

图4接收线圈实测结果对比200

在各种条件完全相同的状况下,分别运用接收天线、传统接收线圈的实测结果如图4所示。从图4中可以看出,在传统接收线圈曲线的早期,暂态过程占了很大的比例。如继续运用这种方法接收,那么将严峻影响二次场信号的采集和后期数据处理。而接收天线的暂态过程很短。这对进一步的反演工作将非常有利。可见这种方法对清除接收线圈的暂态过程的影响和精确获得早期信号是非常有效的。

5应用实例

文中提出了两种不同接收线圈装置，为了比较两种不同探测装置的运用效果，以某煤矿巷道底板实测数据为例进行分析，对实测数据进行处理，进一步对接收天线装置的探测效果进行验证。本次试验仪器运用YCS2000矿用瞬变电磁仪，接收天线运用YCS2000-T高频磁探头(如图

5所示)，采纳中心回线方式进行测量，探测点距为20米。

接收天线发射线圈

图5YCS2000矿用瞬变电磁仪

通过新型接收天线探测效果与传统接收线圈对比可以看出两者的不同效果，因此在其他条件相同的状况下，分别用两种不同接收装置进行探测，探测视电阻率剖面(如图6所示)，探测位置为巷道底板。通过对不同接收装置进行对比，可以看到两者探测结果有较大差异。

(a)

(b)

图6不同发射线圈探测成果图

(a)传统接收线圈探测成果图；(b)接收天线探测成果图

由图6可知传统接收线圈接收方式与磁探头天线接收方式探测结果存在肯定差异。首先从探测深度来看，由于传统接收线圈暂态过程较长且无法利用技术手段予以修复，因此损失了较长的浅层地质信息。磁探头接收天线相较于传统接收线圈接收方式在这方面有很大提高，它将矿井瞬变电磁盲区缩小到了10米左右。其次，通过两种不同装置探测效果可以看出，磁探头接收天线探测结果受井下金属体干扰较小，全空间影响较小，数据的精确性有了极大的提高。磁探头接收天线接收效果比传统线圈接收方式在探测效果上有了极大的提高。6结论

本文通过对瞬变电磁接收回路等效电路的深入分析，讨论了接收线圈不同阻尼系数、暂态过程对接收系统的影响，分析了瞬变电磁系统对地下地质体瞬变响应信号的影响特征，发觉理论瞬变响应信号与系统输出的信号，两者存在着相当大的差异。由此看出：要想减小浅部勘探盲区，将瞬变电磁法用于超浅层勘探，需要弄清接收线圈内阻、分布电感、分布电容及阻尼电阻对瞬变电磁信号的影响特征，并解决两个问题：一是清除接收与发送线圈之间的互感；二是建立考虑过渡过程效应在内的瞬变电磁数据处理和反演方法。

通过采纳新型接收天