矿井瞬变电磁重叠回线耦合响应三维正演模拟

矿井瞬变电磁法受制于施工环境而只能采用边长小于3m的重叠回线,其探测效果取决于回线与三维地电体的耦合情况。基于瞬变电磁场的"烟圈效应"理论,利用其扩散方程,推导出三维时域有限差分方程,用VC编制程序,模拟重叠回线的耦合响应特征。结果表明:重叠回线位于K型地电模型中间层时,发射线框平面垂直地层激发时的耦合响应最强,平行地层时的耦合响应最小;重叠回线位于H型地电模型中间层时,耦合响应与K型地电模型相反;当低阻地电体存在于K型地电模型中,重叠回线平面法向指向低阻地电体时响应最强。因此,应用矿井瞬变电磁法时可设计多个探测角度,使低阻地电体与重叠回线达到最佳耦合,有利于低阻地电体的识别,提高矿井瞬变电磁法的探测精度。     

华北岩溶地震正演模拟研究

华北地区岩溶发育,对煤矿的安全生产有很大的威胁.根据华北岩溶发育规律建立了地质模型,并进行了地震正演模拟,总结了岩溶发育的地震响应特征,为岩溶的地震解释提供了依据.     

地空瞬变电磁三维正演模拟及应用研究

煤矿井下工作面形成后,需要经过电磁法探测工作面顶底板及四邻的富含水情况,以保证回采工作安全进行,地空瞬变电磁三维正演研究可以提高探测的精度和效率。研究了地空瞬变电磁三维正演模拟的方法原理及相关理论,分析了关断时段和关断后的电磁响应特征,建立了半空间不含异常体、含有高阻异常体和含有低阻异常体的三维模型,对模型进行积分方程法和FDTD模拟,验证了积分方程法效率高、针对简单模型效果好,而FDTD更适用于复杂地质情况的高精度探测。模拟结果显示,关断时段的电磁响应对高阻异常体反应更明显,关断后的电磁响应对低阻异常体反应更明显。实际应用表明,全波形时域地空瞬变电磁响应三维有限差分数值模拟适用性强,对低阻异常体反应灵敏,探测精度和分辨率高,可为煤矿安全生产提供准确的地质资料,推广应用价值高。     

煤层AVO正演模拟

AVO技术是研究反射波振幅随炮检距的变化规律,目前在油气探测中已成为一种十分有效的勘探手段。基于AVO技术在多方领域中的探讨,对在煤层勘探中的应用进行了分析,建立了煤系地层的AVO正演模型,并对其进行了分析研究,认为煤层顶、底板反射波振幅随炮检距的增加而减小。根据不同煤种反射波振幅随炮检距的变化不同还可以估算出煤的种类。     

不同异常体的大地电磁正演模拟研究

为研究不同异常体的视电阻率响应特征及变化规律,建立了大地电磁二维正演模型;分析了低阻体和断层破碎带影响因素变化时的视电阻率响应特征。为类似异常体的探测提供理论依据。     

基于Matlab的频率域可控源电磁法二维正演模拟

该文以Matlab为程序编译工具,采用双二次插值的有限单元法,推导出频率域可控源电磁法二维正演的计算公式。为了模拟无穷远边界及满足计算机的内存需求,在保证计算精度的情况下设计了非均匀网格剖分。在程序编制中,只存储有限元系数矩阵的非零元素,大大减少了正演计算的时间。通过对均匀半空间和二维模型电磁响应的计算,获得了相应的视电阻率和阻抗相位曲线,验证了算法的正确性。     

矿井瞬变电磁法的时域矢量有限元三维正演

为拓展矿井瞬变电磁正演对复杂地质模型的适用性,开展了基于时域矢量有限元的三维正演研究。首先,基于时间域麦克斯韦方程组和库仑规范推导了磁矢量势的赫姆霍兹方程,在此基础上结合理想导体边界条件采用Galerkin加权余量法推导了相应的弱形式方程,采用模型适用性强的一阶四面体矢量单元对弱形式方程进行了单元分析,并在单元分析时将回线源视为多个电流元克服了源的奇异性,时间离散则采用步长逐渐增大的向后差分法进行,由此实现了复杂地质模型的矿井瞬变电磁法全波形响应计算。对于均匀全空间模型,有限元数值解和解析解的均方相对误差为0.84%,验证了上述算法的正确性。其次,正演了关断效应的影响,结果表明关断效应会使感应电压升高,关断时间相同时,线性关断波形的影响大于指数关断波形,关断波形相同时,关断时间越长,关断效应的影响越向晚期延伸;线性关断时,电流完全关断之前的感应电压主要由发射回线中的电流变化引起。然后,正演了巷道的影响,结果表明关断时间为0时巷道会使早期的感应电压降低,但对晚期的数据影响很小,且发射回线位于巷道中心时的影响大于回线位于掘进工作面时,回线朝向顶底板或侧帮时的影响程度要大于朝向掘进工作面时,但考虑到实际仪器的关断时间,巷道的影响基本可以忽略。最后,对长方体状积水采空区的水平剖面和垂直剖面响应进行了正演,结果表明积水采空区会使感应电压升高,在水平剖面上最强的低阻异常响应出现在发射回线指向采空区中心时,但在垂直剖面上却出现在发射回线指向顶底板时。     

采空区地震波场的正演模拟

采空区与未采煤层以及煤层顶底板以及围岩具有一定规模的波阻抗差异,这一差异会在地震波场中引起响应,可以通过识别这一地震响应来判别圈定采空区的边界及其分布范围。利用Tesseral2—D软件包对各种类型和规模的采空区进行正演模拟,对得到的采空区地震波场响应特征进行分析,进而得出理论上地震勘探识别采空区的最小宽度和最小厚度。     

复杂地质模型的CSAMT二维正演异常研究

可控源音频大地电磁测法(CSAMT)在煤田探测方面,主要应用于煤田水文地质调查与煤田详查工作。在二维有限元数值模拟中,单元剖分采用非均匀网格剖分,提高了正演的计算效率;对大型矩阵的存储采用了稀疏矩阵存储,减小了对计算机内存的使用;另外优化正演模型设置方式,实现了对复杂二位电性结构的正演。     

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。     

基于瞬变电磁法的采空区含水性勘探研究

为了对采空区含水性进行勘探,采用瞬变电磁法,根据采空区地球物理特征、瞬变电磁法特征、正演结果分析以及综合试验,对仪器最优参数进行了选择和确认;通过模拟,对采空区的含水性进行了勘探。研究得出:研究区A区域的采空区富水性较差,结合工程实际情况,证明了该方法预测采空区含水性的准确性。该研究为煤矿编制采空区防治水方案提供了技术支持,并为煤矿的安全回采提供了可靠的地质资料。     

定源瞬变电磁数据的时频转换反演技术研究

目前定源回线瞬变电磁数据处理主要还是通过一维反演进行视电阻率计算。为了实现时域瞬变电磁数据快速三维正反演,提高反演精度,基于时频转换理论,采用正则化技术、有限差分法和NLCG反演算法,研究了理想模型及实测数据频域的三维正反演。解决了时频转换过程中矩阵奇异性求解的问题,成功实现了瞬变电磁响应时域向频域的转换和瞬变电磁响应频域的三维正反演。     

煤层顶板致灾水体井上下双磁源瞬变电磁响应及应用

煤层顶板隐蔽致灾水体是矿井水害之一,矿井瞬变电磁法是探测矿井灾害水源的主要方法之一。由于矿井瞬变电磁法采用多匝小回线装置,发射磁距小,其探测深度不能满足大深度矿井对煤层顶板探测的要求。基于此,提出了井上下双磁源对煤层顶板进行立体探测的新方法。利用有限差分数值模拟技术,对井上(地面)激发,井下巷道接收和井上下双磁源激发,井下接收2种装置瞬变电磁响应进行了对比,结果表明:当顶板含有富水体和不含有富水体时,瞬变电磁响应特征均有明显的差异,主要表现为:在感应电位衰减曲线交叉点左侧,顶板存在含水体时曲线幅值相对较小,而在交叉点右侧幅值相对较大,表明该曲线特征与顶板富水性密切相关。分别采用井上下双磁源激发、巷道接收和井下磁源激发、巷道内接收2种工作方式在某矿进行煤层顶板含水体实际探测,探测结果表明:当煤层顶板富水性较强时,井上下双磁源激发、井下接收与井下激发、井下接收的瞬变电磁响应特征与数值模拟结果一致,交叉点左侧井下单磁源激发的视电阻率值明显低于井上下双磁源激发视电阻率值,而在交叉点右侧情况正好相反;当顶板富水性较弱时,2种情况所测的视电阻率曲线趋势基本一致,实际探测结果与钻孔资料吻合良好,对大深度矿井顶板隐蔽致灾水体的探测提供了一种新的有效探测方法。     

基于弹性薄板理论顺层边坡岩体稳定性分析与实测

为了定量分析顺层岩质边坡变形失稳条件,将层状边坡岩体视为理想的弹性薄板,并充分考虑边坡沿走向长度方向的尺寸,采用能量平衡法综合分析顺层边坡岩体稳定性,推导得出边坡变形失稳判据,确定出边坡滑动段与弯曲变形段计算公式,并将所得结果与传统弹性梁理论分析方法进行对比,结合现场实测数据,证明弹性薄板理论分析方法的准确性与适用性。     

基于ANSYS对压力容器管板厚度的优化设计

利用ANSYS软件对压力容器的管板厚度进行优化设计 ,取代了各种传统的优化计算方法 ,避免了繁杂的计算和程序设计 ,研究了管板厚度对压力容器强度的影响 ,给出了压力容器管板参数的最优组合 ,为压力容器的设计提供了有价值的理论依据。     

基于RSM的复合骨料充填料浆流变特性试验研究

为研究充填料浆质量分数（A）、砂灰比（B）和机制砂占比（C）对复合骨料充填料浆流变特性的影响规律和优化充填料浆配比参数,采用响应面法（RSM）设计试验开展屈服应力和扩散度等测试。结果表明：对于充填料浆的屈服应力,各影响因素的显著性为A>C>B>AC>C2>BC>A2,对于充填料浆的扩散度,各影响因素的显著性为A>C> A2> C2> AC,砂灰比对扩散度影响不显著;屈服应力随充填料浆质量分数的增加呈上升趋势,且质量分数越大,屈服应力上升速率越快,屈服应力随机制砂占比的增加呈下降趋势,且机制砂占比越高,屈服应力下降速度越快;扩散度随充填料浆质量分数的增加呈下降趋势,且质量分数越大,其下降速率越快,扩散度随着机制砂占比的增加呈增大的趋势,但当质量分数较大时,机制砂占比对扩散度的影响逐渐减弱;设定充填料浆的屈服应力为100~120Pa,扩散度为8~12cm,得到机制砂占比为10%、20%和30%时充填料浆质量分数范围分别为73.49%~76.14%、74.21%~75.86%和74.50%~77.14%。     

基于恒定大电流发射双极性高速采集接收的矿井瞬变电磁仪研制

矿井瞬变电磁仪广泛应用于探测煤矿井下含水构造。为提高二次场信号强度及仪器的抗干扰能力,研制了H桥式PWM双极性调制隔离驱动,微处理器预设电流值,恒定发射50 A电流且可快速关断的发射系统;双极性同步采集,625 kHz高速叠加信号的接收系统;保证矿井使用安全的隔爆兼本安型供电电源。通过对煤矿工作面富水性探测,较为准确地划分了含水异常区,验证了仪器的准确性。     

基于MATLAB的大振幅共振式电振机优化设计

依据电振机在机电共振状态下实现大振幅运行时必需的电磁关系,详细分析了试验样机的结构参数,并以制造和运行成本最小为设计原则构建目标函数,利用MATLAB软件对大振幅电振机在共振状态下的结构参数和运行参数进行优化设计,确定了以较小电磁激振力产生较大振幅电振机的最优结构参数。这为在机电共振状态下的电磁振动机械结构设计提供了一种有效方法。