采煤工作面矿井直流层透视法二维正演数值模拟

来源 :煤炭科学研究总院 | 被引量 : 0次 | 上传用户:feiyang187
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随着煤矿开采机械化程度的不断提高,工作面也越来越宽大,大宽度(>200m)工作面为煤矿带来高产量和高效益的同时,也为矿井物探提出了新的课题。目前,工作面内部构造的探测主要采用无线电波坑道透视技术(亦称坑透法),当工作面较宽或煤层吸收系数较大时,电磁波无法透过工作面使坑透法无法对工作面内部地质异常进行正常探测。其它传统的地质手段和物探方法,对于大宽度工作面内部构造的探测也无法取得理想的地质效果。因此,迫切需要一种能透视较大距离、适应性强的物探方法。   本文在总结现有矿井直流电法常规方法的基础上提出一种采煤工作面顺煤层透视的矿井直流探测方法--简称层透视法,目的是用于探测较宽综采工作面内部煤层缺失,含(导)水地质构造等(已申请发明专利,申请号:CN200910023257.8,发明人:韩德品,李丹)。   本文研究了采煤工作面层透视法的原理、装置形式和井下施工技术等问题;根据全空间电场分布规律、层透视法特殊装置形式,对双异性点电源电位微分方程进行了推导,研究了其在特定边界条件下全空间电场的分布规律,并编制了二维有限单元法正演数值模拟程序。该程序以Visual Basic为平台,完成地电模型的建立、网格的剖分、二维正演计算、绘制正演曲线及曲线的分析对比等功能。程序友好的人机交互界面为使用者提供方便快捷的使用模式,只需要输入地电模型的大小,各层介质电阻率及接收电极个数、点距等基本参数便可以方便使用,使有限单元法正演数值模拟计算变得简单、直观。   在正演模拟计算中,首先建立采煤工作面几个典型的地电模型,利用二维有限单元正演程序对这些地电模型进行正演计算,分析总结了层透视法正演理论(电位差、视电阻率)曲线形态。对比正演结果得知:层透视法适宜对煤层相对围岩为高阻介质时的情况进行探测;并且当煤层与围岩电阻率差异越大,以及煤层厚度越大时越有利于该方法的实施。由视电阻率正演曲线渐近线规律得出,层透视法对煤层视电阻率具有放大作用,因而对煤层内部的构造也应该有类似放大作用。在对不同宽度工作面地电模型进行正演计算后,由正演电位曲线的数量级别知道,该方法能探测较大的距离,当工作面宽度等于300m时,有效信号的大小能满足现有防爆物探仪器的分辨率要求。   总之,通过研究层透视方法原理和二维正演模拟计算,从理论上证明了煤层电阻率、煤层厚度以及煤层内部异常体等因素对层透视法探测结果的影响规律,以及层透视法探测较大宽度工作面内部隐伏地质构造的可能性,为探测宽度较大工作面内部的地质构造提供了理论基础。
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