矿井瞬变电磁噪声特征及处理技术研究

    1 矿井瞬变电磁法原理

    瞬变电磁法或称时间域瞬变电磁法, 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: 于地面或空中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场, 并且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的高频部分, 衰减快, 趋肤深度大。通过测量断电后不同时间的二次场随时间变化规律, 可得到不同深度的地电特征。

    矿井瞬变电磁法勘探是在煤矿井下巷道中进行, 与地面比较矿井瞬变电磁场为全空间场, 主要探测巷道周围全空间层状介质内含导水构造。

    2 井下主要干扰因素及瞬变电磁响应特征分析[1,2]

    2.1 井下主要干扰因素分析

    矿井瞬变电磁法测量在地下几百米深度巷道内进行, 探测距离 100 m 左右, 因此, 地面瞬变电磁法的地质噪声对矿井瞬变电磁法测量一般不会产生明显的影响; 地面或浅部埋设的金属物位于发射回线内时, 金属物能产生很强的瞬变响应, 金属物愈靠近发射回线中心, 根据发射回线电磁场分布特征, 这种响应愈强。由于金属物与回线尺寸相比很小, 因此, 在局部测量点上会产生明显的强瞬变电磁响应, 如果实际测量中对金属物存在不明确, 可能引起错误的解释结果;井下瞬变电磁测量巷道中, 周围金属物主要有铁轨、工字钢、锚杆支护、锚网、电缆、巷道侧帮排水管道和运输皮带支架等。井下实际测量结果说明, 这些金属设施会产生很强的瞬变电磁响应, 是矿井瞬变电磁法勘探主要噪声; 系统噪声无论是地面还是井下瞬变电磁法测量均受到影响, 通过选择合理的回线组合、回线大小和观测参数, 可使系统噪声减弱。此外, 由于澳大利亚产 Terra TEM 瞬变电磁仪对50 Hz 和 60 Hz 的交流电磁场干扰有自动压制功能, 因此, 无论是地面或井下对工业用电电压不太高的交流电磁场的影响可忽略。

    地面瞬变电磁法测量中的各种主要噪声对井下瞬变电磁法测量影响很小。通过多次井下实际测量实验分析, 影响井下瞬变电磁法测量的各种噪声比地面复杂得多, 而且是地面测量中很少遇到的噪声。井下瞬变电磁法测量中主要噪声为井下人文设施, 主要有: 巷道底板上的铁轨; 工字钢支护; 锚网; 运输皮带支架等各种金属设施, 这些金属设施在井下瞬变电磁法测量中能产生很强的瞬变电磁响应, 如在巷道底板下采用重叠回线装置测量时, 有铁轨地段比无铁轨地段瞬变电磁响应强几倍。