直流电阻率法超前探测技术研究与应用

根据断层裂隙带地电特征建立地球物理模型,进行直流电阻率法超前探测数值模拟,分析了迎头前方存在隐伏构造时视电阻率响应特征,巷道空腔对小极距探测结果影响较大,但不会掩盖地质体异常响应,提出采用三点三极装置并绘制视电阻率等值线图的数据采集处理方式,有助于圈定异常体空间位置。     

矿井电阻率超前探测正演模拟

阐述了基于COMSOL Multiphysics的矿井巷道直流电阻率超前探测正演过程,首先通过正演模型COMSOL Multiphysics模拟解与理论值的对比分析,验证了应用COMSOL Multiphysics进行矿井巷道直流电超前探测正演模拟的正确性与可行性。建立矿井巷道超前探测的三维地电模型,通过COMSOL Multiphysics正演模拟,研究了巷道前方存在不同形状异常体时矿井超前探测视电阻率曲线的形态及极值点位置。正演结果表明,相比于三极装置,二极装置更适合于超前探测,且相对于板状异常体,超前探测对球状异常体探测效果更好。     

矿井瞬变电磁超前探测物理实验

采用盐水充当均匀围岩介质,使用玻璃槽充当巷道空间,建立了含巷道全空间瞬变电磁超前探测的物理模型,根据矿井瞬变电磁超前探测扇面扫描的数据采集方式,对柱状良导体与低阻薄板的超前探测响应特征进行了实验模拟。结果表明：异常体在瞬变电磁超前探测扇面扫描的多测道剖面图上存在异常响应,异常响应特征与异常体的空间位置、空间形态有关;当...     

矿井高密度三维电法成像数值模拟及应用

为了探测岩层低阻异常体,防治矿井水害,使用Visual Fortran软件编辑,建立4个相关地电模型,择取二极装置,仿造实际现场数据采集的跑极模式,对自建模型进行基于有限元理论的正演模拟研究,尤其是要辅以水层反演方式进行立体成像,多方向切片处理三维数据体,对比构建模型的差异与契合点,分析限制条件下巷道影响与全空间效应的相互叠加性。结果表明:排除异常现象得到的可视立体图像,能更好地显示陷落柱异常体的响应特征,更清晰地展现低阻未明体的分布范围,可为井下电法勘探数据解释的准确性,提供可靠的理论依据。     

富水构造地质异常体矿井直流电法超前探查响应特征

掘进工作面前方隐伏的富水地质构造一直是影响煤矿安全生产的一大隐患,对巷道前方富水异常构造的准确定位,能够及时预警并采取合理的防治措施,确保矿井安全生产。矿井直流电法超前探测技术是煤矿掘进工作面超前预报的重要手段之一,建立了几种富水低阻地质异常体三维模型,通过COMSOL Multiphysics模拟,分析探讨了低阻地质异常体在三维空间中不同展布形态下的矿井直流超前探测响应。研究结果表明,掘进工作面前方低阻地质异常体的不同展布形态对直流电法超前探测结果有很大影响。当地质异常体走向与巷道展布方向一致时,异常响应幅值最大,分辨率最高,但异常的定位位置相对于地质异常体位置有所偏差;当地质异常体走向与巷道展布方向垂直时,异常响应幅值最小,异常分辨率最低,但定位的异常位置与地质异常体位置重合,且异常范围最小。     

巷道激电三维超前探测技术正演研究

针对超前探测技术是巷道掘进的关键技术问题,利用三维有限元数值模拟技术实现了巷道三维复杂条件下激电观测异常场的快速正演。在三维正演基础上,分析计算了巷道本身、巷道掘进工作面及旁侧异常体等对巷道底板激电探测的影响规律,利用最小二乘拟合法导出了校正巷道空腔影响的近似公式。研究结果表明:近似校正公式能较好地拟合巷道本身的影响,校正结果与正演模拟结果拟合误差小于3%,可用于实测数据的巷道影响校正;对于巷道掘进超前探测,与电阻率异常相比,三极法探测的视极化率异常具更好的超前探测效果;对于底板和侧帮的探测,三极法探测主要反映测线所在面外侧的地电信息。     

多风险源隧道网络并行电法探测技术研究与应用

在隧道施工中,开展超前地质预报能够有效查明隧道掘进前方的不良地质体,保证施工安全。直流电法通过获取隧道附近岩层地电信息来推断隧道掘进面的地质情况,以便预测隧道地质灾害。然而在隧道有限空间内,传统电法勘探工作效率较低且采集数据信息有限。引入并行电法采集系统,将高密度电法采集装置简化为拟地震排列的AM和ABM装置,不但能够转化形成传统电法的各种探测方式,而且可实现电阻率的快速测量,获得更可靠的地电信息。在实际隧道超前探测应用中,设计改进的U型电极观测系统对底板及掘进前方地质异常体进行探测,经反演获得异常体电阻率空间分布形态,为隧道掘进工程提供重要地质信息。     

层状空间矿井直流电法超前探测曲线特征研究

为研究井下不同地层条件下的矿井直流电法超前探测视电阻率曲线响应特征,建立了全空间水平3层和5层介质模型,对巷道所在层及巷道上覆岩层的厚度、电阻率等因素变化对超前探测的影响进行了数值模拟。通过对比分析,形成了一些关于超前探测方面的新认识,这些认识对于超前探测的数据采集以及资料解释有实际应用价值。     

基于探地雷达的巷道超前地质预报二维正演模拟

地质雷达巷道超前地质预报技术在巷道建设过程中发挥着重要作用,掌握典型不良地质体及现场干扰源的图像响应特征是开展地质预报工作的理论基础。通过理论研究并结合数值模拟技术,对不同干扰源影响下探地雷达预报效果进行了分析。建立断层破碎带、溶洞、岩性交界、富水带、施工机械和拱架的地电模型,采用二维时域有限差分法进行正演模拟,并对模拟图像特征进行分析研究,结果表明,探地雷达地质预报图像能够明显反应断层破碎带、岩溶洞穴等不良地质体,与此同时,施工机械和衬砌拱架对地质预报的干扰作用也非常显著,针对性地识别雷达图像能够有效区分前方围岩中的不良地质体和干扰源信号,能够提高地质预报的准确性。     

三维电法超前探在巷道掘进水害防治中的应用

介绍了三维电法超前探测技术在煤矿巷道超前探测中的基本原理、勘探方法及应用情况。在实际应用过程中结合探测成果及实际地质资料,对超前探测数据进行三维处理,成功构建超前探数据三维数据体,与其他现有的超前探测方式相比实现了异常体三维可视化,在三维空间对异常体位置及范围进行圈定,提高了超前探测资料的解释精度,充分体现了该技术的实用性和可行性,为矿井水害治理提供了可靠保证。     

基于探地雷达的煤层小构造超前探测

针对煤矿掘进工作面前方小型地质构造隐蔽性强、探测难度大的问题,首先依据煤层巷道掘进面前方小构造(小断层、冲刷破碎带)的空间分布形态,构建其与雷达超前探测剖面相对应的二维地电模型;其次基于FDTD理论方法对构建的地电模型进行正演模拟与偏移处理,分析了一定频率下小构造的雷达波时域响应特征;最后使用防爆探地雷达系统配合50 MHz天线对新景矿3215辅助进风巷和3218回风巷掘进面进行了超前试验探测,并以数值模拟结果为参考,指导实测数据的解译工作。研究表明:煤层内部小构造的实测雷达信号响应特征与正演模拟结果的相似性高,50 MHz防爆天线能够对掘进面前方50 m范围内的小构造进行有效识别。     

煤矿掘进巷道地震反射波超前探测技术及应用

矿井巷道掘进过程中遇到的断层、陷落柱、破碎带等地质异常体,会直接影响掘进施工效率,同时会给矿井的安全生产带来极大的威胁。采用地震反射波法进行井巷超前探测,能够对掘进坑道前方断层构造及其异常界面的位置进行较准确的预报。在分析反射波法超前探测数据采集及处理解释方法的基础上,结合井下掘进巷道探测实例,介绍了地震反射波法超前探测应用成果。     

巷道掘进瞬变电磁超前探测干扰信号剔除

瞬变电磁方法已广泛应用于井下巷道超前探水。受巷道测试条件限制,现场数据采集受到多种因素干扰,其质量严重下降,从而降低了测试结果的可靠性。为提高观测数据质量,通过对现场背景电磁噪声信号的采集分析,排除背景强电磁干扰;根据发射电流的关断特征,结合接收线圈的系统特性,采用理论计算方式,剔除一次场干扰;通过井下实体模型试验,构建锚杆金属干扰体的响应特征,并进行叠加校正,实现对金属干扰信号的剔除。同时,利用观测数据的中心差商代替求导,导入接收线圈特性方程,获取地质体真实响应数据。综合分析各干扰信号特点,设计了干扰信号剔除流程。现场应用结果表明:剔除干扰信号后的视电阻率成像结果与实际地质体的电性特征一致性好,对含水区的分辨能力得到增强;同时,提高了该方法的浅层勘探能力。     

孔内直流电法超前探测正演模拟研究

为了提高隧道以及煤矿巷道超前探测准确度,在总结前人研究成果的基础上,结合超前水平钻孔法和直流电阻率法,改变传统探测电极后置的方法,在工作面向前钻孔并在孔内布置探测电极,建立直流电法超前探测模型进行正演研究,利用Matlab处理数据,对比分析了在巷道后方布置探测电极和工作面钻孔内布置探测电极得出的视电阻率曲线,以及巷道内存在干扰体的影响下的视电阻率对比曲线图。结果表明,在工作面钻孔内布置探测电极进行孔内直流电法超前探测受巷道内干扰体影响较小,更为灵敏准确。     

多种物探技术联合探测矿井水害

为了获取受水害威胁较严重的闽西南地区煤矿探水效果及物探技术有效参数,采用矿井直流电法、网络并行电法和矿井瞬变电磁法,对福建某煤矿+40 m水平巷道掘进工作面前方进行了联合探测,并对含水低阻异常体探测结果进行了对比分析,经后期掘进验证,超前探测结果较为准确。实践表明:网络并行电法比传统直流电法超前探测效果更好;矿井瞬变电磁法对低阻含水体响应灵敏,且对高阻体(层)具有较强的穿透能力;多种物探技术联合探测,可以相互补充验证,探测精度较高。     

基于比较法消除巷道影响的三维电法超前探测技术

为消除巷道对井下三维电法超前探测技术的影响,选用ANSYS有限元软件模拟井下三维电法超前探测的实际工作,以控制变量法为准则,建立4个模型进行对比,对模型进行网格划分、加载与求解;从等位面电位变化的角度进行分析,得到视电阻率受巷道影响出现先减小后增大的假异常现象,而后运用比较法得出的消除巷道影响的干扰公式进行校正,校正后符合无巷道干扰时的结果;最终将工程应用中的数据用此方法进行校正,进行基于不等式约束与圆滑约束双重约束最小二乘反演,通过立体可视化处理,得到煤矿顶底板地层电阻率三维数据体,结合工区资料,圈定顶板砂岩及底板三灰富水异常区,提高了矿井三维电法超前探测技术的精确度。     

矿用聚焦双频激电法电场扫描探测方法

为实现煤矿巷道超前探测,提出了一种基于双频激电法和电场扫描探测理论的矿用聚焦双频激电法超前探测技术。基于共线点电流源的电力线方程理论,推导煤矿巷道探测电场边界电力线方程算法;提出电场扫描探测策略,分析了电场扫描探测的实际分辨率;基于电介质边界条件,根据巷道地质结构模型推导电力线偏移向量求解公式,分析了地质异常体对电力线的影响。理论计算表明:通过连续改变探测仪各通道电流强度,探测电场扫描分辨率理论上可任意设定,实际探测由实际地质工况条件选定;地质异常体的存在会影响电力线分布,板状体的厚度越大或者围岩与板状体之间的电阻率比值越大或者板状体倾角越大,则电力线偏移向量横坐标与纵坐标的绝对值越大;通过电场聚焦和偏转扫描探测,可确定异常体的直径和方位。     

高密度二极三维直流电法超前探测研究

直流电阻率法以常规电极铺设为半径,全空间点电源呈三维球体排布,普遍应用于矿井超前探测含水异常体。选取精确适用的二极装置,采用WGMD-4高密度电法系统,集中式三维测量,沿巷道呈""形对称布设电极,选用圆滑约束最小二乘法对超前探测数据进行反演,辅之循环迭代正演实测比较,综合静校正技术修饰,三维可视化切片数据体,圈定低阻体大致所处范围,确保矿井含水异常体的精确判断。     

矿井直流电法超前探测影响因素数值模拟

通过数值计算,对巷道空间、旁侧异常体以及底板电性不均匀体等超前探测影响因素进行研究。对比分析这些影响因素的视电阻率响应特征,总结规律。     

浅埋煤层采空区直流电法探测水槽模拟试验研究

浅埋煤层采空区因其埋藏浅,易造成地表塌陷,给人们生产和生活带来严重影响。直流电法探测是查明其分布状况的有效手段,浅埋煤层采空区直流电法探测电性响应特征研究可有效指导野外生产并提高探测精度。以直流电法的探测理论为基础,以水槽模拟为研究手段,选用不同介质模拟充气高阻浅埋煤层采空区和积水低阻浅埋煤层采空区,根据相似准则建立了浅埋煤层采空区的地电模型,通过水槽模拟研究了直流电法温纳装置、施伦贝谢装置和单边三极装置下浅埋煤层采空区的地电场响应,通过不同图件对比分析了高阻、低阻采空区在直流电法3种不同装置上的响应特征。水槽模拟试验结果表明:浅埋煤层采空区在直流电法不同装置上均有明显的电性差异,四极测深和三极测深均能较好地反映出高、低阻采空异常体在平面上的位置;温纳装置对高、低阻采空区反应都较好,且垂向分辨率较高;施伦贝谢装置随探测深度加大分辨率会降低;单边三极装置对采空异常反应最为灵敏,但异常位置稍有偏差。