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      瞬变电磁仪YCS512井下现场探测干扰因素分析研究
      新闻作者:技术中心 苏晋辉  发布时间:2019-07-17  查看次数:  放大 缩小 默认
      摘 要:在瞬变电磁仪YCS512实际应用过程中,经常在探测区域存在不可避免的干扰因数,为了得到更加准确的数据,针对井下常见的干扰因数进行对比研究,尤其是铁器、电缆、积水等重点干扰因数,确定不同干扰因数对物探结果的影响程度,从而采取不同方法避免或降低干扰源的影响,可提高物探的准确性。为掘进工作面的正常掘进提供物探技术支持。
      关键词:干扰因素;井下现场;低阻体干扰;瞬变电磁仪
      1 瞬变电磁仪YCS512介绍
      YCS512矿用本安型探水仪,是由福州华虹智能科技股份有限公司在2008年推出国内第一款矿用瞬变电磁仪YCS40(A)以及2012年二代矿用本安型瞬变电磁YCS256基础上,研发出的第三代矿用本安型探水仪;是依据时间域全空间瞬变电磁场的基本原理,通过发射线圈向地质体发射瞬变一次场,这种迅速衰减的电场在其周围的介质中感应出新的涡流场(二次场),通过接收线圈测量二次场随时间的变化特征,反映了感应场所覆盖的地质体按电性特征的空间分布规律,通过矿井瞬变探测技术的信号处理、干扰校正、算法反演、时深转换及成图处理,进而得到地质异常体的分布、规模、形态等信息。可用于探明采区主要控水构造及岩溶、裂隙发育带、陷落柱的位置,并对其富水性进行评价;探明采煤工作面顶、底板岩层或掘进巷道前方隐伏导水通道和含水体的位置;探明老窑采空区,圈定采空区积水范围;防治水工程质量评价等等,为煤矿生产过程中防治水工作提供了强有力技术保障。
      2 主要实验内容
      2.1 掘进机干扰实验
      2.1.1 实验方案:
      在正常掘进的工作面迎头做顺层探测实验,实验共分4组数据。
      一:掘进机后退8米,不通电状态。
      二:掘进机后退8米,通电状态。
      三:掘进机前移至迎头3米,通电状态。
      四:掘进机前移至迎头2米,不通电状态。

      (图一) 实验一:掘进面迎头顺层探测实验
      四组数据参数设置一致,视电阻率系数均为2400,深度系数均为16。
      工作面现场情况:左右两帮没有支护锚网,顶板有破碎现象,工作面没有其他杂物,掌子头后部2米有部分积水,掌子头探测位置没有积水,而且堆积煤较高,探测时不会探测到积水区域。2.1.2 实验成果及分析:
      图1-1:掘进机距离掌子头8米,掘进机断电停机。从成果图可以看出,巷道正前偏左帮有煤层变化高阻异常。探测深度为100米。
      图1-2:掘进机距离掌子头8米,掘进机通电开启状态。从图中可以看出巷道正前偏左依然有高阻异常反应,但是相比较图1-1而言,整体视电阻率值有所下降,最高阻依然在左帮(掘进机位置相对靠左帮,左帮50度探测时候角度不在掘进机范围内)。探测深度减小至90米。
      图1-3:此实验分为两个部分,其中探测左帮50度至10度时掘进机为通电状态、距离掌子头3米。正前0度至右帮50度时,掘进机为通电状态、距离掌子头2米。从此图可以很明显的发现高阻异常消失,并且掘进机越靠近掌子头,成果图的整体阻值越低。探测深度减小至70米。
      图1-4:掘进机为不通电状态、距离掌子头2米。没有出现任何高阻异常的成果图。右帮显示部分低阻异常。探测深度为70米。
      总结,通过此次四组实验,得出以下结论:
      第一:掘进机在物探现场施工的时候,距离掌子头必须保持8米以上,并关闭电源。
      第二:真实的异常区(高阻异常或低阻异常),都有可能被现场环境干扰。从而得不到准确的探测数据。
      第三:物探现场环境的把握还是重中之重,在有任何的干扰源存在情况下的数据都是不可靠的数据。
      2.2 侧帮电缆通电和不通电实验数据
      2.2.1 实验方案:
      侧帮顺层电缆干扰探测实验:此次实验共分3组数据:
      一:电缆断电,线圈距离侧帮1米。
      二:电缆断电,线圈距离侧帮0.5米。
      三:电缆通电,线圈距离侧帮0.5米。
      工作现场环境:在正常掘进巷道侧帮探测,现场除正常锚网支护、一条动力电缆外没有其他杂物和干扰源。三组成果图使用统一的视电阻率系数、深度系数。

      (图二) 实验二:侧帮顺层电缆干扰探测实验
      2.2.2 实验成果及分析:
      图2-1:在50米侧帮范围内,线圈距离侧帮均为1米,共计测量6个点每个测点间距10米,电缆为断电状态,成果图中没有明显异常区,虽然70米范围外视电阻率值为5,但没有明显的数值变化,从而也不判断为异常区,探测深度为100米。
      图2-2:在50米侧帮范围内,线圈距离侧帮均为0.5米,电缆为断电状态,共计测量6个点每个测点间距10米,成果图中50米以外的阻值全部为5以下,远端信号基本无法分辨。
      图2-3:在50米侧帮范围内,线圈距离侧帮均为0.5米,电缆为通电状态,共计测量6个点每个测点间距10米,成果图中可见整个成果图基本全部为低阻区,无法分辨相对视电阻率值。
      总结:
      一:进行锚网支护的侧帮探测时,线圈应当适当远离侧帮,最好在1米左右。
      二:锚网和电缆的同时存在对探测结果的干扰会使低阻区域范围增大,探测距离减少。
      三:在对有电缆的侧帮探测时候,电缆一定不能通电,否则数据将无法使用。
      2.3 不同背景场探测数据分析
      2.3.1 实验方案:
      本次探测地点为某工作面刚形成后的切眼外部顺层探测。

      (图三) 实验三:不同背景场环境下切眼外部顺层探测
      实验地点现场环境(图3-1):从切眼外侧帮左侧探测至右侧10米一个测点做顺层探测。整个侧帮从左侧至右侧0-130米处均有锚网,0-20米处只有锚网,20-130米处除了锚网外还有架设好的水、风管路,90-130米处除了锚网和水、风管路还有一条不通电电缆。
      2.3.2 实验成果及解释:
      图3-2:图为整个切眼左帮至右帮0-130米顺层探测所有数据放在一起处理的成果图,可以发现巷道0-20米范围内视电阻率值远大于巷道20-80范围的视电阻率值,且20-80米范围内深度40以外均为相对低阻区。
      图3-3:图为切眼左帮至右帮20-130米所有数据放在一起处理的成果图,可发现巷道20-90米范围内视电阻率值稍大于巷道90-130范围的视电阻率值,且90-130米范围内深度60以外为相对低阻区。钻探验证结果:探测范围内无任何异常区。
      分析:切眼左帮至右帮由于0-20米处视电阻率值相对过高,为了看整体是否存在真实的视电阻率值异常区,首先解释20至130米的成果图,巷道整体范围都有锚网覆盖,可以认为环境相同,现场环境中90-130米处有一根电缆,由于电缆的干扰90-130米处远端阻值低于其他处,属于增加了电缆干扰导致,并且整体图中,并没有出现大量低阻的聚集区,因此可以判断探测范围内并没有含水区。
      总结:
      一,干扰强度分析,电缆+风、水管路+锚网﹥风、水管路+锚网﹥锚网。
      二,探测范围内如果出现视电阻率值相对过高后,会将其他范围内的阻值全部拉低,在分析是否有含水异常区域的时候可以先把视电阻率值相对过高部位剔除,然后在分析是否有相对低阻异常区。
      三,探测区域内背景场环境完全相同时才可以将所有探测数据放在一起分析。
      2.4 可移动铁器实验
      2.4.1 实验方案:
      正常探测某工作面140米侧帮顺层,正常探测完毕以后,在最后三个测点120、130、140米放置可移动的铁器在线圈和侧帮中间,重新采集三组数据。数据处理时分别处理数据做无铁器和有铁器时做对比。

      (图四) 实验四:可移动铁器干扰探测
      2.4.2 成果分析:
      现场环境:
      图4-1中0-140米为正常探测数据。图4-2中在120、130、140米处放置铁制阻车器后采集三组数据。分析:成果图4-2中120-140在放置铁制阻车器后视电阻值发生严重变化,已经无法正常分析成果图。
       
      2.5 锚杆、锚网距离远近试验
      2.5.1 实验方案:
      巷道侧帮单点探测实验:在正常施工的全煤掘进面探测,现场除锚网外无其他任何干扰,首先将线圈贴紧锚网采集数据,然后逐渐将线圈远离锚网,每次偏移10CM,直至偏移至1米分别采集数据。
      2.5.2 实验成果及分析:

      数据收集简介:成果图中横坐标0米处为线圈贴紧锚网数据,100米处线圈距离锚网1米处数据,中间数据依次距离锚网递加10cm。
      数据分析:从数据中可以看,线圈距离锚网在60cm以上数据趋于稳定,又因为瞬变电探测时候需要对探测帮保持较好的耦合,因此探测时线圈距离锚网的距离应当保持在60-90CM之间,经验距离应该保持70CM左右。
      2.6 线圈与顶板距离远近试验
      2.6.1 实验方案:
      在某顶板有支护的煤巷内部进行线圈距离顶板和地板的距离探测数据实验:在正常施工的全煤掘进面探测,在除顶板锚网外无其他任何干扰的探测环境中,首先将线圈尽量靠近顶板锚网采集数据,然后逐渐将线圈降低,每次向下偏移20CM,直至线圈放置在底板上,分别采集数据。
      2.6.2 实验成果及分析:
      3 实验内容总结
      3.1在正常进行物探超前探测时候,掘进机必须退后,距离掌子头8米以上,并进行关机断电处理。
      3.2物探现场不允许有任何额外铁器的存在。
      3.3掌子头如果有无法移除的积水或铁器,在进行探测时候应当使线圈规避开干扰源,如果无法规避,必须做好记录,并在数据处理过程中剔除干扰源干扰的因素。
      3.4在进行侧帮物探时,线圈距离锚网的距离保持在0.7米左右。
      3.5任何的物探成果,必须在保证现场环境相同的情况下才可以进行对比,否则没有可比性。
      3.6在有电缆侧帮部位探测时候,必须保证电缆断电,线圈距离电缆距离保持0.7米左右。
      3.7在做底板探测时,线圈严禁平放在底板上,应当抬高20cm以上。
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