矿井瞬变电磁超前探测数据处理与显示技术

第35卷第3期物　探　与　化　探Vol.35,No.3 2011年6月GEOPHYSICAL&GEOCHEMICAL EXPLORATION Jun.,2011　
矿井瞬变电磁超前探测数据处理与显示技术
廖俊杰1,于景邨1,2,胡兵1,刘振庆1
(1.中国矿业大学资源与地球科学学院,江苏徐州　221116;2.深部岩土力学与地下工程国家重
点实验室,江苏徐州　221116)
摘要:矿井瞬变电磁法是有效探查巷道迎头赋水性情况的矿井物探方法之一。

快速处理数据和显示成图可以促进矿井瞬变电磁法在井下探查工作中发挥更大的优势。

根据井下巷道迎头超前探测的工作装置和探查技术,介绍了超前探测数据处理与显示成图的操作步骤,实现了成果数据的坐标转换,生成了更加直观的与实际探测区域吻合的扇形图。

关键词:矿井瞬变电磁法;井下超前探测;显示成图技术
中图分类号:P631 文献标识码:A 文章编号:1000-8918(2011)03-0423-04
矿井瞬变电磁法是在煤矿井下巷道内探查周围空间不同位置、不同形态含水构造的矿井物探方法之一。

它是一种时间域的电磁勘探方法,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,利用线圈或接地电极观测二次涡流场[1]。

如何快速处理数据和显示成图成为矿井瞬变电磁法发展中的重要环节。

传统的矩形成图方法[2]使探测区域深部压缩、浅部拉伸,导致异常区域产生变形,并且矩形成图采用相对距离,给异常区域位置的确定带来较大的误差,这些都给资料解释带来了一定的难度。

而扇形成图方法中,其横坐标为以巷道中点为中心点向两侧伸展到巷道的实际宽度,纵坐标为相对于巷道迎头的实际探测距离,各测点测量的不同深度的视电阻率值分布在实际平面位置,将视电阻率等值线图绘制成扇形,与实际探测区域基本吻合,能够更加直观地反映异常区域的位置,从而提高矿井瞬变电磁法超前探测资料的解释精度[3],为矿方工作人员提供更加清楚易懂的资料。

1　超前探测数据处理
超前探测主要是在巷道迎头利用直接或间接的方法向巷道掘进方向进行探测,探测前方是否存在地质构造或富水体及导水通道,为巷道的安全掘进提供详细的地质资料[4]。

应用矿井瞬变电磁法超前探测技术在井下通过仪器采集到的数据需要进行相应的处理。

矿井瞬变电磁法数据处理与解释系统是一款针对矿井特殊的强干扰环境,集处理、解释功能为一体的瞬变电磁软件。

该软件能够针对井下瞬变电磁测量的超前探测数据进行简便快捷的处理,生成成果图。

用矿井瞬变电磁法数据处理与解释系统进行超前探测数据处理的过程,主要包括数据预处理、生成断面文件、时深转换、深度校正以及超前探测坐标转换等步骤,完成这一系列步骤后,即可在Surfer中进行断面图绘制。

1.1　数据预处理
矿井瞬变电磁法超前探测井下采集的数据必须经过相应的预处理方可正常进入处理流程。

数据预处理子模块能够读取井下采集的原始数据文件
(SIR格式、TXT格式和GX7格式),计算各回线装置的视电阻率,以DAT格式把各单点电位、视电阻率数据保存在当前目录中;显示电流、窗口、时间序列、Tx面积、Rx面积等基本参数,为进一步处理作准备(图1)。

操作步骤如下:①根据所用瞬变电磁仪,选择仪器类型(TerraTEM、SIROTEM⁃3、PROTEM47HP);②从SIR格式、TXT格式和GH7格式中选择相应的文件类型;③打开原始文件,保存文件中电位文件前缀为“U”,电阻率文件前缀为“R”;④点击“执行”,待数据预处理完毕后,点击“返回”。

其中日期、平均电流等基本参数自动从原始文件中获取。

收稿日期:2010-04-10
基金项目:国家重点基础研究发展计划(973计划)项目资助(2007CB209400)
物　探　与　化　探35卷
图1　
数据预处理对话框
图2　生成断面文件对话框1.2　生成断面文件
在生成断面文件子模块中,用户可根据现场记录,输入正确的参数,实现对各探测断面的生成,形成DAT 格式的断面数据文件(图2)。

具体操作步骤如下:①点击“浏览目录”,选择预处理后数据所在的文件夹;②点击“保存断面文件”,将预处理后数据形成的断面文件存在规定的路径;③设置参数,输入“提取点数”、“测点间距”、“起点”、“间隔”、“起始窗口”、“终止窗口”;④点
击“执行”,生成断面文件;⑤点击“返回”,返回软件主界面。

1.3　时深转换
在时深转换子模块中,用户可录入发射面积、转换起始点和转换测点点数3个基本参数,并选择相应的保存方式,可以高效进行深度反演(图3)。

具体操作步骤如下:①打开断面文件,断面测点数和窗口数为软件自动生成数值;②输入转换参数,即“发射面积”、“转换起始点”、“数”;③保存深度断面文件,将时深转换后的文件保存在规定路径;④点击“执行”,完成数据时深转换,点击“返回”,返回软件主界面。

1.4　深度校正
由于采集瞬变数据时,受到金属、
人文设施的干图3　时深转换对话框
扰,通过上述模块自动反演的深度值跟实际探测深度有很大的误差,必须结合实验和地质资料,对深度值进行校正。

深度校正子模块读入DAT 格式文件,校正深度范围,并以DAT 格式文件保存在用户指定的文件夹中。

另外,用户可任选保存文件的样式(图4)。

图4　深度校正对话框
具体操作步骤如下:①打开深度文件,“测点数”、“窗口数”由软件自动生成;②结合现场地质资料,输入“起始系数”、“终止系数”;③保存深度断面
·
424·
　3期廖俊杰等:矿井瞬变电磁超前探测数据处理与显示技术文件在规定路径,点击“执行”,完成对深度的校正;
④点击“返回”,返回软件主界面。

1.5　超前探测
本模块针对成熟的井下瞬变电磁探测施工技术,自动生成与实际探测区域吻合的扇形数据体。

矿井瞬变电磁超前探测测点布置,都是以侧帮的某个测点为起始点,导致Surfer 绘制的为矩形剖面图,而实际上,超前探测的范围是以巷道迎头为原点的扇形区域(图5),这就需要对成图数据的坐标进行转换。

图5　超前探测测点布置示意
在本模块中,用户可根据现场记录选择相应的设计。

模块读入DAT 格式文件,原数据转换成以巷道迎头为原点的扇形二维数据体,并以DAT 格式文件保存在用户指定的文件夹中[4]。

图6是超前探测
坐标转换子模块操作对话框。

图6　超前探测坐标转换对话框
具体步骤如下:①打开超前探测坐标转换子模块,选择文件类型为“深度⁃视电阻率文件”,输入相应的巷道宽度;②在“浏览”中选择校正深度后的目标文件;③根据现场记录,在“测点数据加载”中选择相应的设计;④保存文件到指定路径,操作完成后点击“确定”;⑤点击“返回”,返回到软件主界面。

通过上述一系列操作,即可得到扇形数据体,然后通过调用绘图模块即可绘制扇形图。

2　超前探测成果显示技术
通过上述数据处理后,原始数据转换成为扇形数据体。

用扇形数据体进行断面图绘制时,Surfer 自动生成矩形框,而经过上述处理操作后生成的是扇形数据体,矩形框内扇形之外没有数据,所以绘制断面图之前需要先对超前探测坐标转换后的数据体进行白化(图
7)。

图7　白化对话框
选择需要白化的文件后,点击“白化”,然后保存文件到指定路径,即可完成白化过程。

白化后,调
用绘图模块在Surfer 中绘制断面图。

然后对数据进行网格化,生成等值线图,即超前探测扇形图。

3　应用实例
图8为某矿井巷道迎头瞬变电磁超前探测成果,横坐标为以巷道中点为中心点向两侧伸展到巷道的实际宽度,纵坐标为相对于巷道迎头的实际探测距离。

由于巷道迎头断面宽度一般在3~5m,为了有效利用所测得的数据,将巷道的宽度按一定比例加宽至10m,这样可准确计算出图中任意一点到巷道迎头的距离[3]。

图8　超前探测籽s 等值线扇形图
图8显示,距巷道右侧帮80~120m、前方5~
60m 处ρs 较小,为低阻异常区,并且该区域中还有一个ρs 更低的圆形区域,说明巷道对应位置含水裂
隙发育;巷道左侧80m 处视电阻率值较小,但对巷·
524·
物　探　与　化　探35卷
图9　超前探测籽s等值线传统矩形图
道掘进影响不大,不作考虑。

在掘进过程中要注意巷道右侧帮出水情况,以便及时采取相应措施。

图9为传统的矩形图,采用相对坐标,如图5所示,将1~3和7~9号数据分别绘制到与4~6号数据平行的迎头断面上,将左、右侧帮和迎头前方的视电阻率等值线整合在一张矩形图上。

图9可见,距离巷道右侧帮7~13m、前方80~115m处,ρs为10Ω·m,相对较小,为相对低阻异常区;距离巷道左侧帮8~15m、前方75~125m处ρs也为10Ω·m,相对较小,为相对低阻异常区。

图9中可明显地看出深部区域被压缩,异常区域被拉伸,产生变形;由于采用相对坐标,导致了低阻异常区位置向前方深部和靠近巷道侧帮方向移动,使得在解释时对异常区域的位置确定产生了较大误差。

而图8由于成图显示区域与实际探测区域基本吻合,能够更加直观、精确地反映异常体的形状和位置,进而提高解释精度。

4　结论
超前探测数据处理及显示成图系统能够根据瞬变电磁数据采集的特点,对成果数据进行坐标转换,生成与实际探测区域吻合的扇形图。

实例应用证明,超前探测模块能够简便快捷地处理瞬变数据,其生成的扇形图更容易对测量结果进行解释。

参考文献:
[1]　李全,于景邨.采掘工作面顶板富水性矿井瞬变电磁探查技术
研究[J].能源技术与管理,2005,(3).
[2]　刘树才,刘志新,姜志海.瞬变电磁法在煤矿采区水文勘探中
的应用[J].中国矿业大学学报,2005,34(4).
[3]　刘志新,岳建华,刘仰光.扇形探测技术在超前探测中的应用
研究[J].中国矿业大学学报,2007,36(6).
[4]　于景邨.矿井瞬变电磁法勘探[M].徐州:中国矿业大学出版
社,2007:6-7.
DATA PROCESSING AND DISPLAY TECHNOLOGY FOR
MINE TRANSIENT ELECTROMAGNETIC METHOD IN ADVANCED DETECTION
LIAO Jun⁃jie1,YU Jing⁃cun1,2,HU Bing1,LIU Zhen⁃qing1
(1.School of Resources and Geosciences,China University of Mining and Technology,Xuzhou　221116,China;2.State Key Laboratory for Geomechanics &Deep Underground Engineering,Xuzhou　221116,China)
Abstract:The mine transient electromagnetic method is one of the geophysical methods for effective investigation of the situation of wa⁃ter in front of the tunnel.Rapid processing of data and display mapping can make the mine transient electromagnetic method play a bet⁃ter role in the underground exploration work.According to the detection device and technology of advanced detection in front of the tun⁃nel,this paper deals with the steps of data processing and display mapping in the advanced detection method,achieves the coordinate conversion of data,and generates a more intuitive sector chart which is consistent with the actual detection area.
Key words:mine transient electromagnetic method;downhole advanced detection;display mapping technique
作者简介:廖俊杰(1987-),女,中国矿业大学资源与地球科学学院硕士研究生,主要研究方向为矿井地球物理勘探、工程与环境地球物理勘探。

·624·。