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小回线井下磁共振探测试验研究

王培生  
【摘要】:随着磁共振探测技术的发展,我国磁共振找水技术逐渐走向成熟,而作为唯一一种直接找水的物理方法,其主要应用于地面找水工作,将其应用于煤矿井下以及隧道灾害水源探测方面仍处于起步阶段。本文研究内容依托于国家“十二五”重大科学仪器设备开发专项《灾害水源(隧道/矿井)直接探测仪器装备研制与应用》,针对煤矿/隧道灾害水源利用多匝小回线工作装置进行探测试验研究。通过井下和地面磁共振法试验研究,本文利用井下地面实际数据,将井下噪声与地面噪声进行对比分析,由于井下巷道中磁共振仪距离金属、电缆等更近,井下MRS信号受到的噪声影响更大,仪器抗干扰能力更弱,数据信噪比更低;试验采用磁源发射装置,对比圆形、矩形以及“8”字形接收回线装置的抑噪效果,无论井下还是地面“8”字形回线接收装置抑噪效果最好,信噪比较高;当在噪声环境复杂的地区时,我们可以先将“8”字形回线装置平铺地面,在平面内不断变化铺设方向,找到最佳的噪声抑制方向,然后进行探测,可以获得较高信噪比。最后试验对比简单叠加、阀值叠加以及加权叠加的抑噪效果,加权叠加优于其他两种方法;为了进一步提高信噪比,本文将阀值叠加与加权叠加联合应用;根据噪声处理方法以及实际资料处理提出最佳抑噪方法:“8”字形接收回线装置+阀值叠加+加权叠加+(自适应陷波)+低通滤波。为了开展井下小回线磁共振探测试验研究,本文采用矩形磁源发射装置和接收装置在地面进行探测试验研究,以线圈的一条边为轴,通过不断改变发射与接收线圈之间的角度,即改变人工磁场与地磁场之间的夹角,研究MRS信号响应特征,对比反演结果,当人工磁场与地磁场方向夹角90°时,MRS信号最强;根据地面试验结果,本文应用上述MRS信号处理方法对井下数据进行处理,并将瞬变电磁法与磁共振法联合应用,进行井下水仓试验。试验设置磁源发射方向,将人工磁场与地磁场方向夹角呈90°布置,先进行瞬变电磁法探测,在电位剖面图上找到低阻异常点,异常点电位明显高于其他点,响应最强;利用磁共振法对异常点进行探测验证,探测点对应的探测深度,含水量较大,最高达到80%;同时在无水巷道进行试验研究,反演结果为含水量很低,最高仅为4%。无水情况比有水情况下的反演结果低二十倍,可见磁共振法对井下水仓的探测反应灵敏。因此,地面处理方法同样适用于井下,且效果明显。本文通过对多匝小回线井下磁共振进行试验研究,联用井下瞬变电磁法和磁共振法,验证了该种方法的有效性和准确性,希望可以为今后应用磁共振法探测老空水提供了借鉴。


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