煤矿底板突水动态监测时延电阻率成像技术研究

发布时间：2020-05-06 21:56

【摘要】：时延电阻率成像技术是布设若干固定电极后,以一定的时间间隔进行2D/3D数据采集,实时监测地下介质电性变化的地球物理动态监测技术。该技术具有多通道快速采集、施工快捷、图像直观、分辨率高等优点。本文采用有限元法分别对煤层底板断层活化导水、陷落柱、多个低阻异常体、岩层破坏及承压水原始导升等典型突水情况进行正演模拟,分析研究了煤矿底板典型地电异常体的响应特征。正演结果表明,地电异常体响应明显,因而时延电阻率成像技术可应用于煤矿底板突水动态监测。通过分析不同时刻视电阻率差值的正、负变化特征,可以推断采动破碎岩体的富水性变化,对变化剧烈的区域进行重点关注,及时作出突水预测预警,避免恶性事故的发生。为满足煤矿底板突水动态监测实时解释的需要,本文以“ELRIS2D”开源程序代码为基础,开发了时延电阻率快速成像算法,使用上一时刻反演结果作为下一时刻监测数据反演的先验模型,提高了计算速度。以典型地电模型的理论视电阻率数据为例进行反演计算,反演结果与实际地电模型较为吻合。针对电阻率图像异常边界模糊、异常圈定易受人为因素影响以及不同时刻电阻率差值正、负变化区域划分的问题,本文采用分布式模糊聚类算法对反演结果和电阻率差值数据进行分析,根据概率密度曲线的峰值确定了质心位置和类数,实现了异常自动圈定和电阻率差值正、负变化区域自动划分,并成功应用于工程试验。
【图文】：

（2）正演计算结果及分析为研究采掘过程中底板断层活化导水引起的视电阻率变化情况，对以上地电模型进行正演模拟并绘制了视电阻率断面图，如图2-5所示，图中横坐标为测线长度（单位m），纵坐标为实际深度（单位m），黑色线框表示模型的实际位置。在t0~t2时刻，由图2-5（a）~（c）视电阻率等值线图看出，下盘高阻层埋深较浅，显示为水平层状高阻区域，，上盘高阻层埋藏较深，水平层状高阻响应特征不明显。同时，由于断层破碎带未与下伏含水层导通，仍呈现高阻响应。由于采掘过程中破碎带不断在横向和深部方向上延伸

Floor Destruction Zone）随着采煤工作面的推进，工作面前方一定距离内的煤体和底板受到前方支撑压力的作用而处于增压区内，使该处的煤层底板受到压缩，形成压缩区（如图2-12中的A段）。当工作面继续推进，工作面到后方采空区处在减压区内，这部分底板岩层从压缩状态转为膨胀状态，致使工作面底板产生底鼓，形成膨胀区（如图2-12中的C段）。随着工作面的再次推进，采空区中垮落的岩块被上覆岩层压实，这部分底板受上覆岩层压力作用重新处于新增压区内，又从膨胀状态转为压缩状态。换言之，底板任一断面在采掘过程中都需经历超前支撑压力压缩破坏、采后悬顶卸压膨胀破坏、采空区周边剪切破坏和顶板冒落重新压实。从力学上分析，
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TD745

【参考文献】

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本文编号：2651920