矿井电法勘探研究现状与发展趋势

隐蔽地质因素透明化是煤炭智能精准开采和煤矿重大事故防治的关键。煤岩体结构和流体赋存等因素变化均可引起显著的电性变化,奠定了矿井电法勘探的物性基础。30多年来矿井电法勘探在我国煤矿防治水中发挥了关键作用,经过采煤工作面顶底板探测、掘进工作面超前探测、采煤工作面内小构造探测以及矿井电法动态监测几个阶段的发展,产生了一大批标志性的理论、技术与应用成果,并在超前探测理论、方法、技术研究方面均居于国际领先水平。在归纳1980年初以来我国煤炭生产面临的主要水文地质问题的基础上,系统总结了在煤矿生产安全突出问题所处的不同阶段矿井电法勘探技术的发展历程和国内相关单位所做出的重要贡献,聚焦矿井电法勘探研究与应用现状,着重从多源信息融合、工作面透明化与矿井智慧化角度出发分析了矿井电法勘探的发展趋势。认为在实现煤炭智能化精准开采、深地探测以及地下空间开发利用过程中,矿井电法动态监测将成为电法勘探的未来发展方向,矿井电法勘探的应用领域将得到大幅度延伸,其发展前景也会更为广阔。      

矿井瞬变电磁法全空间视电阻率解释方法研究

从全空间中心回线源响应公式出发,推导了全空间晚期和全区视电阻率公式;通过与半空间公式比较和对实测资料的分析,研究了全空间视电阻率公式的应用效果.结果显示,全空间视电阻率为半空间视电阻率的(5/2)^2/3倍,其晚期视电阻率与真值的相对误差小于0.56%,而相应的半空间视电阻率与真值误差均大于42%.与常规解释方法相比,采用全空间全区视电阻率换算方法能更好地圈定低阻异常范围,且电阻率差异大.因此,该公式更适用于矿井瞬变电磁法资料处理与解释,并具有更好的效果.     

瞬变电磁法中关断电流的响应计算与校正方法研究

关断电流的存在直接影响仪器的探测能力和数据资料的解释.为了分析和校正这种影响,文中给出了关断时间的计算方法,根据多匝回线源产生的瞬变场理论解析式,计算了线性和半正弦关断电流影响下瞬变场表达式,计算半正弦关断电流产生的瞬变场时将正弦函数进行泰勒展开;分析了关断时间在2μs～100 μs之间两种关断模式产生的瞬变响应.结果显示;同一关断时间下线性关断电流和半正弦关断电流对瞬变场的影响主要表现在"早期",并且随观测时间的增加影响逐渐减弱.同时,关断时间越长,关断效应对瞬变场的影响越向瞬变"晚期"延伸;半正弦关断电流对瞬变场的影响大于线性关断电流.当关断时间为100 μs时,关断电流产生的瞬变场曲线约在0.5 ms之后与理论曲线重合.研究结果为数据处理和仪器开发提供参考.     

水平层状介质孔中张量瞬变电磁响应的解析分析

在感应测井和瞬变电磁场理论基础上,采用并矢格林函数计算三维感应测井中的9个谐变场分量,应用余弦变换数值滤波法将磁张量转换到时间域,得到孔中时间域张量电磁场理论公式,提出了孔中时间域电磁张量测量方法.建立了竖井井旁层状介质模型和钻遇地层模型,从理论上获得了井中不同深度处的时间域电磁张量响应,初步验证了该方法在井旁远探和随钻前探中的可行性.研究结果表明：孔中测点所处深度越深需要的采样时间窗口越宽;与z相关的感应电位分量对目标层的识别能力更高,可以作为井旁远探的首选参数;xx分量和zz分量异常响应较为明显,可分别作为随钻前探的首选分量和辅助分量.多测道曲线和截距剖面能明显反映出目标层界面特征,可以为资料处理与解释提供帮助.此外,zz分量可识别出高阻目标层,显示出了方法的另一优势.研究成果可为电磁张量测井技术与装备研发提供理论参考.     

层状介质中地下瞬变电磁场全空间效应

全空间效应是矿井瞬变电磁方法固有的特殊理论问题之一.建立了3种典型的层状地质模型,采用时域有限差分法求解Maxwell方程,并引入电磁波衰减因子EA(dB),来分析全空间效应的影响特征及影响因素.研究结果表明,地下瞬变电磁法工作装置中,分离回线装置对低阻目标层的探测效果优于重叠回线装置;相对于半空间低阻层瞬变响应,全空间低阻层瞬变响应的时间范围更宽,因而需要更长的观测时间;全空间效应影响因素为顶、底板内低阻层相对电阻率差异大小和目标层深度与厚度,当目标层电阻率大于顶板内低阻层电阻率时,所观测响应主要为低阻层响应,此时将会增大资料解释的难度.此外,研究还显示,瞬变电磁法对低阻层的纵向分辨率与低阻层厚度相关,厚度越小分辨率越高,当厚度较大时,其纵向分辨能力较差.研究成果为实际工作参数选择及资料处理与解释提供了参考.     

井-地三维电阻率成像技术

主要介绍了在钻孔中放置供电电源、在地面进行测量的井—地三维电阻率成像数值模拟方法,将其空间分辨率与地面常规电法勘探进行了对比.详细研究了方法的仪器特性及其数据采集过程中的测网布置、装置形式、记录点、采样密度及供电点的深度位置等相关内容,并从中得总结得到了若干结论.     

煤巷地震超前探测合成记录的数值模拟方法研究

地震数值模拟技术是地震勘探方法研究的重要手段之一。应用地震波反射法探测技术,对巷道前方地质异常进行预报预测,可以更加有效地保证煤矿井下生产的安全。这里对弹性波动方程应用交错网格高阶有限差分技术,对巷道中的地震勘探技术进行数值模拟。采用的交错网格高阶差分技术网格频散小,PML使边界条件的处理简单而高效。通过不同的模型,模拟和研究井下地震波的传播情况,并对转换波的情况进行了对比。结果表明,该方法具有实现简单,精度高,稳定性好的特点。     

Simulink在瞬变电磁场暂态过程分析中的应用

为了研究瞬变电磁场分布变化规律，在理论上推导了不同阻尼状态下的瞬变电磁暂态响应方程，并采用Simulink对瞬变电磁场暂态过程进行模拟仿真，设计开发了激励电流、发射回线、地质异常体、接收回线等效电路模块和互感关系模块；系统研究了电感、分布电容和电阻对发射和接收回线等效电路的影响。结果表明:发射回线的阻尼状态决定了瞬变电磁场激励波形特点，接收回线的阻尼状态则直接影响瞬变电磁场的衰减特征和观测质量。电路仿真结果对于抑制非地质因素的影响和指导瞬变电磁观测系统设计具有重要意义。      

均匀围岩介质中点源电流场的巷道影响模拟研究

以巷道底板供电为例,采用三维有限差分数值模拟技术对矿井下有巷道影响的全空间电流场的分布特征进行研究。初步研究了全空间点电源电流场分布的巷道影响规律,对矿井直流电法的基本理论研究和实际井下电法施工具有指导意义。