安林瞬变电磁设计方案
便携式瞬变电磁发射机设计毕业设计
中文摘要瞬变电磁法（Transient Electromagnetic Method ,TEM）是探测地下未知物体电性参数的重要方法之一。
随着经济的发展、社会的进步，地下矿产资源变得越来越紧缺，越来越多的问题亟待解决，而随着现在仪器变得越来越数字化和智能化，这些问题几乎都可以用瞬变电磁法来解决，特别是近几年来在地下水探测、地质调查等领域都发挥了很大的作用。
目前几乎涉及了地球物理勘探的各个领域包括海洋和空中，可见已成为重要的地球物理勘探方法之一。
本设计主要分为两个组成部分：FPGA控制部分和H型桥路部分。
其中FPGA控制部分包括：内部电源部分、模数转换部分、控制信号驱动电路部分；H型桥路部分包括：驱动电路部分、光电隔离电路部分、由MOSFET管构成的H桥部分。
基本工作过程是：由FPGA产生脉冲控制信号，该信号经过ULN2803达林顿管进行驱动放大，放大后的控制信号可以控制由MOSFET构成的H型桥路，再通过6N137光电隔离模块和IR2102S驱动电路的作用，在发射线圈中就可以得到想要的脉冲发射电流。
通过实验可以证明，本设计发射机的发射线圈尺寸较小面积仅为0.64平方米，发射电流较大可以达到30A，关断延迟时间短可以小于50微秒，并且实现了多个桥路的并联叠加，达到了设计的要求。
关键词：瞬变电磁法, 桥路并联, 便携，发射机外文摘要Title Portable transient electromagnetic transmitterAbstractThe Transient Electromagnetic Method(TEM) is one of the important ways used to detect the electrical parameters of the unknown underground objects.As the instruments become digital, intelligent and the increasing of power, the TEM can solve more and more problems, it has a wide application prospect in mineral exploration, groundwater exploration, archaeology and geological survey, etc.In recent years it has a positive impact especially in groundwater exploration, soil salinity survey and so on.Now it almost involves all of the fields of geophysical exploration including the ocean and the air, ithas become one of the important geophysical exploration methods visibly.This design is mainly composed of two major components:FPGA control part and bridge section.Among them, the FPGA control part mainly includes:FPGA power supply module, AD module and driver module; the bridge part mainly includes:driver module, photoelectric isolation module and bridge module composed of MOSFET devices. The basic work process is:the FPGA produces impulse control signal, and then through the ULN2803 driven amplifier, then the signal was sent to 6N137 photoelectric isolated module, after that the launch bridge road is driven by IR2102S, then we can get the pulse waveform from the coil at the output side of the bridge road .The experiments show that the control system of the design has perfect functions, the launch coil has small size, large launch current, short time delay for shutting off and other characteristics, it realizes the superposition of multiple bridge roads, it has high reliability and meets the design requirements, and it can well satisfy the needs of the field detections.Keywords: Transient electromagnetic method, superposition of bridge roads, portable, transmitter目录第1章绪论 (1)1.1 本课题的研究背景及意义 (1)1.2 瞬变电磁法工作原理 (1)1.3 瞬变电磁发射机主要工作原理 (4)1.4 本论文研究内容 (6)第2章FPGA控制电路设计 (7)2.1 电源电路设计 (7)2.2 FPGA内部电源设计 (8)2.3 AD转换电路设计 (8)2.4 驱动电路设计 (9)2.5 FPGA控制信号软件设计 (9)2.6 本章小结 (12)第3章发射桥路设计 (13)3.1 驱动电路设计 (13)3.2 光电隔离模块设计 (13)3.3 发射桥路设计 (14)3.4 吸收电路设计 (15)3.5 本章总结 (15)第4章本设计发射机实验结果分析 (16)4.1 加拿大Geonics公司PROTEM瞬变电磁仪 (16)4.2 本设计发射机主要指标 (16)4.3 仪器的整体调试 (16)4.4 单个发射桥路实验结果 (17)4.5 桥路1与桥路2并联实验结果 (18)4.6 发射桥路关断沿波形 (19)4.7 本章小结 (20)总结 (21)参考文献 (22)致谢 (24)图1 外接电源电路图 (25)图2 FPGA控制电路原理图 (26)图3 发射桥路主要电路图 (27)第1章绪论1.1本课题的研究背景及意义在瞬变电磁仪器研发方面，1953年第一个专利被Newmont 勘探公司申请，1962年科研工作者研制出了第一台瞬变电磁仪器，1972年Lamontagne研制出了UTEM－1型瞬变电磁仪器，1974年Crone公司推出了偶极系统的商品仪器，1977年CSIRO研制出了SIROTEM－I型仪器,1980年Geonics研制出了EM－37型仪器等。
矿井瞬变电磁仪发射电路设计
矿井瞬变电磁仪发射电路设计吴迪【摘要】本文介绍了瞬变电磁仪的应用现状，介绍了瞬变电磁仪发射电路的技术指标，提出了发射电路整体设计思路，并针对各项技术指标提出了具体的电路实现方法。
最终电路时序同步准确，电流输出稳定，具有保护电路满足本安电路要求，电流关断时间约为5-30µs，达到了设计的预期目标。
%This paper describes the application status of transient electromagnetic exploration system and introduces some technical indicators of transmitter circuit of TEM instrument.The author proposes transmitter circuit design ideas and made a specific circuit to achieve these indicators.Final circuit timing synchronization accuracy,current output stability,have made the circuit meets requirement of intrinsically safe circuit.The current switch off time is about 5-30μs.The circuit achieves the expected goal.【期刊名称】《电子测试》【年(卷),期】2014(000)016【总页数】3页(P3-5)【关键词】瞬变电磁;发射电路;关断电路【作者】吴迪【作者单位】中煤科工集团西安研究院有限公司，陕西西安，710074【正文语种】中文0 前言目前大部分矿区都采用瞬变电磁法在地面探测含水地质体的分布。
但是，由于矿区的工业干扰和探测深度不足等原因，在地面探测很难发现井下小尺度含水地质构造。
井下瞬变电磁探水仪的设计
井下瞬变电磁探水仪的设计【摘要】本文主要介绍了井下瞬变电磁探水仪的设计。
通过设计原理阐述了该探水仪如何工作。
然后介绍了其主要部件和工作流程，以及技术优势和性能参数。
通过本文的阐述，读者能够了解井下瞬变电磁探水仪的工作原理和优势，以及其在水资源勘探中的应用。
结论部分对井下瞬变电磁探水仪的设计进行了总结和评价，强调了其在水资源勘探领域的重要性和可行性。
通过本文的阐述，可以更好地了解井下瞬变电磁探水仪的设计及其在实际应用中的价值。
【关键词】井下瞬变电磁探水仪、设计原理、主要部件、工作流程、技术优势、性能参数、引言、结论1. 引言1.1 引言井下瞬变电磁探水仪是一种应用于地下水勘探领域的先进设备，通过利用电磁波在地下传播的特性，可以高效、精准地探测地下水资源的分布情况。
本文将介绍井下瞬变电磁探水仪的设计原理、主要部件、工作流程、技术优势和性能参数，以帮助读者更好地了解这一先进技术。
在地下水勘探工作中，井下瞬变电磁探水仪具有不可替代的作用，其设计原理涉及电磁场的产生和探测方法，主要部件包括天线、控制系统和数据采集模块，工作流程包括设备部署和数据采集分析过程。
技术优势在于其高灵敏度、快速响应和精准测量能力，性能参数则反映了设备的探测深度、分辨率和定位精度等重要指标。
通过本文的介绍，读者将能够全面了解井下瞬变电磁探水仪的工作原理和特点，为地下水勘探工作提供科学依据和技术支持。
结合实际应用，这一先进设备将在地质勘察、水资源评估和环境监测等领域发挥重要作用，为社会经济发展提供有力支持。
2. 正文2.1 设计原理井下瞬变电磁探水仪是一种利用电磁原理进行水文地质勘探的仪器。
其设计原理主要包括以下几个方面：利用瞬变电磁法原理，即通过瞬变电磁场激发地下介质产生感应电流，进而测定地下水文地质信息。
瞬变电磁法是一种非常有效的地球物理探测方法，其原理是利用瞬变电磁场在地下介质中感应电流的特性来反演地下介质的电性参数，从而识别地下水文地质情况。
井下瞬变电磁探水仪的设计
井下瞬变电磁探水仪的设计井下瞬变电磁探水仪是一种应用于地下水探测领域的仪器，可以通过测量地下水含水层的电磁特性来判断地下水资源的分布情况。
下面将对该仪器的设计进行详细的介绍。
井下瞬变电磁探水仪的设计需要考虑以下几个方面：硬件设计、软件设计、电路设计和材料选择。
硬件设计方面，井下瞬变电磁探水仪主要由发射器和接收器两部分组成。
发射器用于发射电磁波信号，接收器用于接收电磁波信号，并根据接收到的信号进行数据处理和分析。
发射器和接收器之间通过电缆相连，确保信号的传输准确可靠。
为了提高仪器的便携性和适应性，可以考虑将其设计成小型化、轻便的手持式仪器，方便操作和携带。
软件设计方面，井下瞬变电磁探水仪需要配备相应的软件来进行数据处理和分析。
该软件可以提供数据的实时采集、处理、显示和存储功能，同时还可以进行数据的分析和推导，以便更好地了解地下水资源的分布情况。
软件的界面设计应该简洁直观，操作方便，同时还应具备数据传输和导出功能，方便用户进行后续的数据处理和分析。
电路设计方面，井下瞬变电磁探水仪的电路设计要考虑信号传输和处理的稳定性和精度。
发射器的电路应具有较高的输出功率和稳定的频率特性，以保证发射的电磁波信号强度和频率的稳定性。
接收器的电路应具有较高的灵敏度和抗干扰性，以提高接收到的信号的精确性和可靠性。
材料选择方面，井下瞬变电磁探水仪的主要材料应具有较好的机械性能和电磁特性。
如机壳可以选用金属材料，以提高仪器的抗干扰性和耐用性；电缆可以选用高导电性和阻抗匹配性较好的材料，以提高信号的传输质量和稳定性。
井下瞬变电磁探水仪的设计需要考虑硬件、软件、电路和材料等多个方面，以确保仪器的性能和可靠性，提高地下水探测的效果和准确性。
应根据实际需求和使用环境灵活选择设计参数和技术方案，以满足不同用户的需求和要求。
瞬变电磁原理分解.pptx
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矿井瞬变电磁法特点（4）
• 由于瞬变电磁法关断时间、一次场干扰等因素的影响，与其它物探方法相比，无法探测到更浅部的异常体( 浅部2-10 m左右）
瞬变电磁法特点就基于这两个可分性。
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瞬变电磁响应过程（1）
在导电率为s、磁导率为μ的均匀地质体表面敷设面积
为S的矩形发射回线中供以阶跃电流。
I
Hale Waihona Puke t1 0t0 t0
在电流断开之前（t<0时），发射电流在回线周 围的地质体和空间中建立起一个稳定的磁场。
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均匀大地瞬变电磁响应过程（2）
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矿井瞬变电磁法特点（1）
• 从烟圈效应的观点看，早期瞬变电磁场是由近 地表的感应电流产生的，反应浅部电性分布， 晚期瞬变电磁场是由深部的感应电磁场产生的， 反映深部的电性分布。因此，观测和研究大地 瞬变电磁场随时间的变化规律，可以探测大地 电位的垂向变化，这便是瞬变电磁测深的原理。
由此可见，研究电磁场的瞬变过程可得到不同电导率地层系列的地质信息 及总纵向电导，也可以分离出断面中的高导电带。
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瞬变电磁法的“烟圈”理论 瞬（变1电）磁法物理基础是电磁感应原理，据此
理论，在电导率和磁导率均匀的地质体上，敷设 输入阶跃电流的回线，当发送回线中电流突然断 开时，在下半空间就要被激励起感应涡流场以维 持在断开电流前存在的磁场，此瞬间的电流集中 在回线附近的地质体表面，并按指数规律衰减。 随后，面电流开始扩散到地质体下半空间中，在 切断电流后的任意晚期时间里，感应涡流呈多个 层壳的环带状，随着时间的延长，涡流场将向下 及向外扩散。感应涡流场在地质体表面引起的磁 场为整个“环带”各个涡流层的总效应，这种效 应可以用一个简单的电流环等效，表现为一系列 与发送线圈同形状并且向下向外扩散的电流环， 通常称之为“烟圈”。
瞬变电磁法
三、瞬变电磁法的野外工作方法
（4）分离式线框装置：发射线框与接收线框保持一定距离分别布置 的测量系统称分离式线框装置。该装置有两种形式，一种是发射和接 收线框尺寸大小完全相同，另一种是接收线框为偶极接收器（图 d）
三、瞬变电磁法的野外工作方法
(5)双线框装置：发射和接收线框分别由两个大小相同而
5）、法的资料处理和解释
从瞬变电磁场的传播过程来看，存在早期、晚期场
2、全区视电阻率计算 之分，早期瞬变电磁场是内近地表的感应电流产生的，反映 浅部电性分布；晚期瞬变电磁场主要是由深部的感应电流产
生的，反映深部的电性分布。由于地磁场性质的不同，早期
或者晚期定义之公式也不相同。常用的重叠回线装置若采用 晚期场计算公式，会造成中早延时段视电阻率增大，产生很
五、瞬变电磁法在工程与环境地质调查中的应用
1） 划分地层结构与隐伏构造 2002年3月，某地质队为调查某市新建垃圾场的地层结构与隐伏构
造，在拟建区开展了瞬变电磁法的探测工作。
五、瞬变电磁法在工程与环境地质调查中的应用
1） 划分地层结构与隐伏构造
经野外探测、计算机的分析处理、钻探验证后，准确地探测出拟建 垃圾场区的地层结构与隐伏构造。右图为其中的3#测线剖面图。在测点4 处进行了钻探。钻探结果为：0～1.7米为耕植土，1.7～3.0米为含碎石 粘土，3.0～12.9米为强风化白云岩，12.9～15.8米为断层破碎带（角砾
状和尺寸，但两线框相互独立布置在同一位置上(图b)．
三、瞬变电磁法的野外工作方法
(3)环式线框装置接：接收线框位于发射线框内中心位置 的形式 称环状线框装置，其尺寸比发射框小的多，通常接收线框由多芯 导线组成多扎线框，由于每个单扎线圈可看作是一个磁偶极子，
井下瞬变电磁探水仪的设计
井下瞬变电磁探水仪的设计井下瞬变电磁探水仪是一种用于地下水探测的仪器。
它利用瞬变电磁法原理，测量地下水体的电导率，并通过电导率反推地下水体的含水层。
本文将介绍井下瞬变电磁探水仪的设计。
1. 仪器原理2. 系统结构井下瞬变电磁探水仪主要由控制系统、发射线圈、接收线圈和信号处理器组成。
控制系统主要用于控制发射线圈和接收线圈进行工作，发射线圈主要用于产生瞬变电场，接收线圈主要用于接受地下感应电流，信号处理器主要用于处理接收到的信号并进行反演算法。
3. 发射线圈发射线圈是井下瞬变电磁探水仪最重要的部分。
发射线圈主要用于产生瞬变电场，它的大小和方向决定了地下水体感应电流的大小和方向。
为了产生较大的瞬变电场，需要采用高频率的交流电源和大功率的放大器。
发射线圈的绕制方式和形状对测量结果也有重要影响，通常采用双卷绕制。
4. 接收线圈接收线圈主要用于接受地下感应电流。
接收线圈的绕制方式和形状需要与发射线圈协同设计，以确保接收到尽可能大的感应电流信号。
为了提高接收线圈的灵敏度，在设计时需要考虑线圈的阻抗匹配问题。
5. 信号处理器信号处理器主要用于处理接收到的信号并进行反演算法。
从接收到的信号中提取出地下水体的电导率信息，并通过反演算法得到含水层的深度和厚度。
信号处理器的算法决定了探测精度和可靠性，目前主要有传统的迭代反演算法和神经网络反演算法。
6. 总结井下瞬变电磁探水仪是一种新型的地下水探测仪器，具有测量速度快、探测精度高、成本低等优点，可以广泛应用于城市供水、土壤修复、油气勘探等领域。
在实际使用中，需要根据不同的探测需求进行参数调整和现场校准，以保证测量结果的准确性。
基于瞬变电磁发射机的电路保护系统设计
研制开发基于瞬变电磁发射机的电路保护系统设计彪，张一鸣，张栋，原大康，王旭红（北京工业大学信息学部，北京瞬变电磁发射机是应用于深部地质探测的重要仪器设备，为了提高瞬变电磁发射机的安全性能，针对瞬功率器件温度过高和水冷系统水泵异常等状况，对该保护系统原理进行了详细地分析，完成电路设计，并给出了关键元件参数。
相比于软件保护系统，硬件电路保护具有响应无延迟、高可靠性、高稳定性的优点。
最后，通过实验验证了该硬件电路保护系统的有效性与可行性。
瞬变电磁发射机；电路设计；检测电路；保护电路Design of Circuit Protection System Based on Transient Electromagnetic TransmitterZHANG Yiming，ZHANG Dong，YUAN DakangBeijing University of Technology，Information Departmenttransmitter is an importantperformance of transienttransient electromagnetic transmitter possible over voltage，over current电极装置止步高压危险图1 发射接地电极瞬变电磁探测系统的具体工作原理如下：发电机输出的380 V 三相电经电源线连接到发射机的输入端，经发射机内部一系列的整流逆变等电力变换，调制成发射电压为0～1 000 V 可调，频率为0.012 5~ 9 600 Hz 的双极性方波。
发射机采用AC-DC-AC-DC-AC 的两极全桥逆变器串联结构，电路拓扑如图2所示。
H 1桥为三相不控整流桥，将输入的三相电压整流为570 V 左右的直流电压，由于整流之后的电压有一定的纹波，所以后级采用LC 滤波电路进行滤波，减小输出直流电压的纹波。
H 2桥为全桥逆变电路，采用移相全桥软开关的控制方法，利用谐振电容C 1～C 4和回路电感L leak 的谐振作用，使Q 1～Q 4导通和关断前集电极和发射极之间的电压先降为零电压，从而减少功率器件的开关损耗和电磁干扰，提高系统效率[7,8]。
瞬变电磁法技术
瞬变电磁法技术
佚名
【期刊名称】《《中国水利》》
【年(卷),期】2008(000)010
【摘要】瞬变电磁法或称时间域电磁法，属于无损探测法．与普通电法相比，瞬变电磁法具有探测深度大、位置分辨率和测深分辨率高、操作简便迅速、不受接地电阻影响、可作大面积长距离堤防普查等优点。
瞬变电磁法工作原理是利用不同位置、不同深度地层对一次磁场变化产生涡流强度的不同．探测地质异常。
地层的电导率高，产生涡流强度大，二次磁场强。
瞬变电磁系统一般由发射机、发射线圈、接收线圈、接收机和计算机数据采集绘图系统组成。
【总页数】2页(P84-85)
【正文语种】中文
【中图分类】P631.325
【相关文献】
1.矿井瞬变电磁法三维立体探测技术应用 [J], 崔江伟;罗荣荣;王施智;万宏伟
2.潞宁煤业31101工作面富水区瞬变电磁法探测技术 [J], 尚小平
3.煤层中CO2注入运移瞬变电磁法监测技术探索 [J], 崔方智;周韬;张兵
4.基于高密度电法及瞬变电磁法的矿区采空区探测技术 [J], 李路明;赵淑红;郭恒;刘欢欢
5.古冲沟盆地区域煤层覆岩富水性瞬变电磁法探测技术研究 [J], 陈清通;牟义
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树儿里煤矿瞬变电磁法设计
目录一、目的任务 (2)二、地质、地球物理特征 (2)三、工作方法与技术 (2)1、作业依据 (2)2、工作方法 (2)3、仪器设备 (3)4、测网布置 (4)5、质量要求 (4)6、资料处理与资料解释 (5)四、提交的成果 (6)五、经费预算 (6)1、预算编制依据 (6)2、预算概况 (6)六、存在的问题 (7)一、目的任务查明区内采空区范围及埋深，以及是否存在充水现象。
二、地质、地球物理特征众所周知：煤层未被开采时，地层一般呈层性和完整性，小区域内同一地层的电性差异不会太大。
煤层被采空后，煤层上下岩层间形成一定的裂隙，破坏了岩层的完整性、连续性，故该处及附近地层的视电阻率明显高于周边完整岩石的视电阻率，表现出局部高阻的特征。
当采空区及裂隙被低阻物质充填，其视电阻率呈低阻。
这些特性成为电法探测地下采空区的有利条件。
就本次探测而言，所测的目标地质体为采空区，在电性上反映为高阻（相对周围的煤层）。
如果采空区塌陷，其内部充填的松散物的视电阻率与周围介质相比还是相对高阻；如有水充填采空区，充填物的视电阻率与周围介质相比为低视电阻率。
可见，采空区的视电阻率明显区别于未采空区的视电阻率，这是本次电法勘探的物理前提。
三、工作方法与技术1、作业依据①《地面瞬变电磁法技术规程》（中华人民共和国地质矿产行业标准DZ/ T0187-97）；②《煤炭电法勘探规范》（MT/T898-2000）；2、工作方法瞬变电磁法是利用线圈内一次脉冲电磁场突然消失后，瞬态变化的电流在空间产生瞬态磁场涡流，随时间推移不断向地下或远处扩散，通过记录其随时间的变化，得到不同深度的地电特征，磁场涡流随时间扩散的速度及深度与地下岩层的电阻率有关。
3、仪器设备本次工作将使用重庆奔腾数控研究所生产WTEM-1瞬变电磁勘探系统，该系统由WTEM-1D 10kw大功率发送机、WTEM-1Q浅部瞬变电磁勘探系统、HP IPAQ112掌上电脑、线框、电瓶、导线等组成。
《瞬变电磁法介绍》课件
瞬变电磁法展望和挑战
展望
• 随着技术的进步，瞬变电磁法在地下资源探 测和环境监测方面的应用前景广阔。
• 瞬变电磁法将和其他成像技术相结合，以提 高检测精度和地下结构的细节。
挑战
• 瞬变电磁法需要高精度的仪器和计算机设备， 成本较高。
• 瞬变电磁法的地下结构分辨率受到限制，难无损成像技术。它使用电磁波来探测地下 结构并生成图像。
瞬变电磁法基础知识
电流
瞬变电磁法中的电流是指短暂而 强烈的尖峰电流。
磁场
瞬变电磁法中的磁场是由电流在 地下产生的。
电磁波
瞬变电磁法使用的电磁波频率通 常在几千赫兹到数十兆赫兹之间。
瞬变电磁法原理解析
电磁感应原理
电流通过线圈时会产生磁场，磁场变化时会引起感应电流，从而检测地下物质。
导电率差异
不同物质具有不同的导电率，使用瞬变电磁法可以探测地下导电率的异质性。
瞬变电磁法应用领域
1
环境监测
2
瞬变电磁法可以帮助测量水文地质结构
和寻找地下水资源。
3
矿产勘探
在矿产勘探中，瞬变电磁法可帮助找到 金属矿脉和石油。
接收器
接收器测量磁场变化，从而确定 地下物质。
计算机
计算机用于数据处理和成像，生 成地下结构图像。
瞬变电磁法数据解释与处理
1 解释场强
瞬变电磁法产生的磁场强度可以帮助判断地下物质性质。
2 处理数据
瞬变电磁法生成的数据需要进行计算和成像处理，以获得准确的地下结构图像。
3 图像生成
瞬变电磁法的成像程序将数据转换为可视化的图像，以显示地下物质分布。
土地利用
瞬变电磁法可以检测土地利用情况，如 耕地、林地和建筑用地等。
瞬变电磁法在煤矿灾害勘察评价的应用案例分析
瞬变电磁法在煤矿灾害勘察评价的应用案例分析
李霄龙
【期刊名称】《科学技术创新》
【年(卷),期】2024()10
【摘要】为进一步明确某现状矿区内易发生地下水危害的区域,采用瞬变电磁法对煤矿地下环境进行勘察,勘察结果表明矿区内可能存在一含水构造带,该构造带纵向基本贯穿标高550~-200 m,可能会对采空区或者巷道的开发使用带来危害。
此外在瞬变电磁法对矿区进行勘察时,采空区往往表现为低阻包围着的中高阻特征,而含水裂隙往往表现为低阻特征。
本文研究内容对于指导后续矿产资源的开发具有一定指导意义。
【总页数】4页(P94-97)
【作者】李霄龙
【作者单位】中国建筑材料工业地质勘查中心吉林总队
【正文语种】中文
【中图分类】P631.325;TD166
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1.瞬变电磁法在煤矿采空区勘察中的应用效果分析
2.瞬变电磁法和磁法在煤矿烧变岩富水区探查中的应用
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5.瞬变电磁法在煤矿采空区勘察中的应用
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瞬变电磁技术方案
福建华虹智能科技开发有限公司山东省临沂矿业集团田庄煤矿矿井瞬变电磁法探测技术方案山东省临沂矿业集团田庄煤矿福建华虹智能科技开发有限公司二0一一年四月目录一、简述 (2)二、矿井瞬变电磁法基本理论及探测方法 (2)2.1、基本原理 (3)2.2、矿井瞬变电磁法特点 (5)2.3、矿井瞬变电磁法探测方向设计 (6)2.4、仪器 (8)三、现场探测布置 (8)3.1、测区1 (8)3.1.1测区（四采煤1集运巷）工程概况 (8)3.1.2四采煤1集运巷现场测点布置： (9)3.1.3采集参数设置： (9)3.2、测区2 (10)3.2.1测区2工程概况 (10)3.2.2、测区2现场测点布置： (11)3.2.3采集参数设置： (11)四、需矿方协作事宜： (11)五、报告提交 (12)一、简述临沂矿业集团田庄煤矿现主采煤层位16上煤,本次探测的8602工作面开采煤层也是属于16上煤，16上煤到十四灰平均间距34.96m，奥灰至16上煤底的平均间距为49.57m，十四灰及奥灰水的富水性强，对16上煤的开采的危险很大；为了满足8602工作面回采工作安全高效的进行，及做好田庄煤矿防治水工作，由临沂矿业集团田庄煤矿和福建华虹智能科技开发有限公司共同实施本次针对8602工作面底板富水性的探测项目。
二、矿井瞬变电磁法基本理论及探测方法瞬变电磁法或称时间域电磁法(Time domain electromagnetic methods)，简称TEM，它是利用不接地回线或接地线源向地下发射一次脉冲电磁场，在一次脉冲电磁场间歇期间，利用不接地线圈或接地电极观测二次涡流场的方法。
其基本工作方法是：于地面或井下设置通以一定波形电流的发射线圈，从而在其周围空间产生一次磁场，并在地下导电岩矿体中产生感应电流。
断电后，感应电流由于热损耗而随时间衰减。
衰减过程一般分为早、中和晚期。
早期的电磁场相当于频率域中的高频成分，衰减快，趋肤深度小; 而晚期成分则相当于频率域中的低频成分，衰减慢，趋肤深度大。
瞬变电磁法在长平煤矿构造探测中的应用
瞬变电磁法在长平煤矿构造探测中的应用
李高健
【期刊名称】《中州煤炭》
【年(卷),期】2015(000)012
【摘要】为探查长平煤矿巷道掘进中的隐伏构造,防止突水事件,基于矿井瞬变电磁法全空间“烟圈效应”理论,根据现场巷道地质情况,优化井下巷道顶底板的探测方向和角度,设计了超前探测方案,初步判断巷道前方存在隐伏含水构造异常区,通过对异常区进行超前钻探验证,确定掘进巷道前方存在陷落柱.实践表明,探查结果与巷道实际揭露情况基本吻合,肯定了瞬变电磁法在矿井含水构造探查应用中的有效性和实用性.
【总页数】3页(P114-116)
【作者】李高健
【作者单位】山西晋煤集团长平煤业有限责任公司,山西晋城048006
【正文语种】中文
【中图分类】P631.325
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瞬变电磁法超小线圈并联式发射回线设计实验
瞬变电磁法超小线圈并联式发射回线设计实验
吴北辰;潘洋润奕;程久龙;王辉;姚娣;庞肖颖
【期刊名称】《物探与化探》
【年(卷),期】2022(46)4
【摘要】针对浅层或矿井瞬变电磁法探测中发射系统电源电压有限使发射磁矩受限,而发射回线的寄生电感导致电流关断时间过长的问题,设计了瞬变电磁法超小线圈并联式发射回线,通过线圈的并联来增大发射磁矩,再通过外加电阻等方式减小关断时间。
从理论上对常规发射线圈与并联式发射线圈建立了等效电路模型进行分析,并对并联式发射线圈与常规发射线圈进行了实验对比测试。
结果表明:并联式发射线圈能有效增大发射磁矩,进而减小关断时间。
本设计对减少浅层或矿井瞬变电磁法勘探盲区、加大勘探深度具有指导意义。
【总页数】6页(P934-939)
【作者】吴北辰;潘洋润奕;程久龙;王辉;姚娣;庞肖颖
【作者单位】中国矿业大学(北京)地球科学与测绘工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】P631
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瞬变电磁法在水害防治中的研究
瞬变电磁法在水害防治中的研究
静玉涛
【期刊名称】《内蒙古煤炭经济》
【年(卷),期】2016(000)009
【摘要】为解决榆树泉煤矿1013工作面水害威胁,采取合理的疏放水措施,基于矿井水文地质特征及其水力联系,通过采用探(疏)放水钻孔对1013试采工作面上部下5煤层火烧区积水、顶板砂岩裂隙水进行了疏放,并对其效果进行了分析.最后,采用瞬变电磁探测方法,对1013试采工作面顶板富水性情况以及工作面顶板探放水效果进行了分析验证.结果表明实施的井下疏放水钻孔设计及施工是正确可行的,采取的疏放水措施是科学合理的,1013试采工作面水害得到有效解决.
【总页数】2页(P122-123)
【作者】静玉涛
【作者单位】新疆煤炭设计研究院有限责任公司,新疆乌鲁木齐830091
【正文语种】中文
【中图分类】F406.3;P631.3+2
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瞬变电磁法在隧道超前预报中提高信噪比的方法
瞬变电磁法在隧道超前预报中提高信噪比的方法李黎; 史存焕【期刊名称】《《工程地球物理学报》》【年(卷),期】2019(016)005【总页数】7页(P737-743)【关键词】瞬变电磁法; 信噪比; 增益; 积分时间; 饱和【作者】李黎; 史存焕【作者单位】中铁第六勘察设计院集团有限公司天津300131【正文语种】中文【中图分类】P631.31 引言瞬变电磁法诞生于20世纪50年代的西方，经过30多年各国地球物理学家对其理论、技术等多方面的深入研究,我国在20世纪八九十年代开始推广应用瞬变电磁法，首先在金属矿勘探中获得了较好的效果，进而推广到工程勘察领域，并显示出明显的优势。
在矿产和工程勘察中，瞬变电磁法属于半空间探测，而在隧道超前预报中应用时，瞬变电磁法属于全空间探测。
相较于半空间探测，全空间探测的环境噪声更加复杂多变，而且不可避免，所以如何提高数据的信噪比显得尤为重要[1-4]。
目前瞬变电磁法在隧道超前预报这方面应用较少，实践经验相对不足，本文依托云南大瑞铁路保瑞段超前地质预报项目，分析总结了加拿大Geonics公司生产的PROTEM47瞬变电磁仪在隧道超前预报中提高信噪比的方法。
在隧道超前预报施作过程中，信号功率相对稳定，噪声功率复杂多变，提高信噪比就只能通过降低噪声对信号的影响程度来实现。
结合PROTEM47瞬变电磁仪的特点，本文提出了在采集时通过调整接收机增益(信号放大系数)和积分时间(积分作用与比例作用输出相等的时间)的方法来降低噪声影响程度的观点。
通过模拟实践对比，验证了所提观点的有效性，有效地提高了时域瞬变电磁的数据质量，进而提高时域瞬变电磁法的预报准确率。
2 瞬变电磁法原理瞬变电磁法利用不接地回线(磁源)或接地线源(电偶源)向地下发送一次脉冲磁场(通常称为一次场)，在其激发下，地下地质体中激励起的感应涡流将产生随时间变化的感应电磁场(通常称为二次场)。
由于二次场包含有地下地质体丰富的地电信息，在一次脉冲磁场的间歇期间，利用线圈或接地电极观测二次场(或称响应场)(图1)，通过对这些响应信息的提取和分析，从而达到探测地下地质体的目的[5-8]。
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安林煤业瞬变电磁设计方案
河南省煤层气开发利用有限公司
矿山安全工程分公司
2012年4月25日
一、勘探区范围及目的、任务
1、勘探范围
探测深度600米，在指定区域内布设1000个探测点。
2、目的及地质任务
（1）利用瞬变电磁法对勘探区进行探测，解释出河南安林煤业有限公司老空水和底板水及断层等地质构造。
（2）初步查明勘查区采空区的分布范围及积水情况。
二、瞬变电磁的原理及应用
1、瞬变电磁的原理及前提条件
不同的岩层具有不同的电阻率，电法勘探就是通过测定地下不同地点不同深度的电阻率的差异来达到寻找目标地质体的目的。
瞬变电磁法属于时间域电磁感应法，它利用不接地回线或接地线源向地下发送一次脉冲场，在一次脉冲场间歇期间利用回线或电偶极接收感应二次场，该二次场是由地下良导地质体受激励引起的涡流所产生的非稳电磁场，通过观测随时间变化的二次场信号的变化，就可以判断出地下地层的电性变化及不均匀地质体的分布情况。
2、地球物理特征：
理论上讲，干燥的采空区被空气充填可视为电阻率无穷大，但实际上采空区内空气潮湿，电阻率多在几千至几万Ω，并且随着采空区的湿度或者冲水成度的增加而变化，电阻率急剧下降，当采空区全部被水充填时电阻率变得很小，上述采空区物性特征使得地层在垂向
上有较明显的电性差异，在瞬变电磁图件上反映为相对视电阻率的高、低变化。
这就是说，本次勘探的地质任务可以通过瞬变电磁法勘探来解决。
三、野外施工方法及施工仪器选择
1、野外施工方法
（1）、瞬变电磁法原理简介
瞬变电磁法属于时间域电磁感应法，瞬变电磁法的勘探原理是利用人工在发射线圈加以脉冲电流，产生一个瞬变的电磁场，该磁场垂直发射线圈向两个方向传播，通常是在地面布设发射线圈，依据半空间的传播原理，把地面以上的半空间忽略。
当磁场沿地表向深部传播，当遇到不同介质时，产生涡流场或者遵照量子力学原理使活泼的碱金属产生能级跃迁或使含有大量氢原子的液体的氢原子核沿磁场方向
产生定向排列。
当外加的瞬变磁场撤销后，这些涡流场的释放或者活泼的碱金属要恢复原有的能级，释放跃迁产生能量。
以及含有大量氢原子的液体的氢原子核恢复原有的排列时，均以磁场的形式释放所获的能量。
利用接收线圈测量接收到的感应电动势V2。
该电动势包含了地下介质电性特征，通过种种解释手段(一维反演，视电阻率等)得出地下岩层的结构。
由于是在没有一次场背景的情形下观测纯二次场异常，因而异常更直接、探测效果更明显、原始数据的保真度更高。
由于采用线圈接收V2，故对空间的电磁场或其它人文电磁场敏感，也就是通常所说的干扰。
为了减少此类干扰，采用尽量的发射大
的电流，以获取最大的激励磁场，增加信噪比，压制干扰。
接收装置通常分为分离回线，中心回线和重叠回线3类，以重叠回线得到的信息最为完整，其它次之。
就基础理论而言，频域电磁法和时间域电磁法是相同的，两者都
是研究电磁感应二次场。
式中τ为衰减的时间常数。
（2）、瞬变电磁法野外施工方法
根据上述瞬变电磁法的叙述，同时通过试验工作确定野外施工方法，采用重叠回线装置，发射线框为3 m ×3m （18mm 2铜线），接收线圈重叠在发射线框内，利用塑料管将发射线框和接收线圈固定在一起，同时把发射线框每隔3 m 做一个固定标志，施工时利用4个人每人一个角将线框放成边长为3m 的正方形，开始进行数据采集工作，野外施工人员安排是，设一名专职仪器操作员，一名专职定点员，三名放线员。
2、施工仪器选择
高质量的仪器是圆满完成地质任务的基本条件，结合本次勘探的地质任务，要求仪器具有以下特点：1、由于瞬变电磁响应随时间衰减极快，接收机要在大量的噪声中接收到有效信号，仪器动态范围要大；2、测区内有较多的村庄，可能会存在较大的人文噪声，仪器抗干扰能力要强，施工方式灵活；3、本次勘探深度相对较大，要接收()τ
τ
t e t V -∝2
到有效的深部地质信号，仪器灵敏度要高，发射电流要大。
本次瞬变电磁勘探选用西安强源物探研究所产EMRS-2B型微机电磁勘探仪，此仪器能够满足上述要求。
仪器主要功能特点如下：
Ⅰ、强场源：由于应用脉冲压缩技术（专利），故而使供电电流由十年前研制的原LC系统的200A提高到1200A（国外同类仪器供电电流最大为32A），极大的增强了信噪比和勘探深度。
Ⅱ、以便携机为主体，具有多种实时处理功能，采用软硬件结合方法压制和补偿50Hz工业电流干扰，补偿仪器零点漂移，剃除输入信号的最大误差值，数字滤波，任意次数叠加，替位平均，各种平滑处理，多测道的疏密平均等。
Ⅲ、仪器测量部分选用高速16位A/D，采用高精密的芯片以及快速比较器组成“一次到位”的浮点放大器，使系统的总精度优于0.5%，满足详查指标的要求，仪器备有自校零功能，在测量时间内，仪器零点漂移被完全补偿，工作非常稳定。
Ⅳ、抗工业电流干扰功能和排除噪声有极强的压制作用，以软、硬件结合的方法，研制出一套效果非常良的抗扰系统，加之1200A供电所增加的信噪比，使得抗扰能力达到80db，可以应用在强工业电流干扰地区，优于国外同类仪器将近一个级次。
仪器主要技术指标如下：
A、供电部分
①、供电电流：1200A；
②、供电脉宽：4ms；
③、脉冲前后沿延时：2靤；
④、供电次数：1、4、8、16、32。
B、接收部分
①、便携机主控；
②、总增益：16384倍；
③、浮点阶：128倍；
④、输入动态：140db；
⑤、A/D：16Bit；
⑥、分辨率：0.1霽；
⑦、抗扰能力：＞60db。
四、资料验收
在矿区要求的范围内严格按《煤田电法勘探规范》进行野外施工，在野外施工过程中，每个测点观测完毕后，操作员对原始记录和曲线进行全面检查，认为合格后方能搬站或转移到下一个测点。
每日工作后，野外作业组将原始记录和曲线移交解释组，由解释组进行逐点、逐项检查验收，并按质量标准进行评级。
对野外采集的数据进行100%核对检查,合格后方能进行处理和解释。