基于有限单元法的矿井多形态含水体瞬变电磁响应规律研究
发布时间：2021-03-05 02:51
煤矿水害问题一直是制约着我国煤炭安全生产的重要因素之一,随着矿井开采深度、强度及速度的增加,煤矿水害问题日益突出,而矿井瞬变电磁法由于其分辨率高、体积效应小、施工方便等优越性,在煤矿小区域水害探测中发挥着重要的作用。本文从磁偶极子出发,推导了其半空间与全空间瞬变电磁场解析式,并通过对其积分得到矿井多匝小回线源半空间与全空间磁场强度及感应电动势计算公式,并推导了两种情况下的晚期视电阻率计算方法与时深转换方法。针对矿井瞬变电磁法的正演,本文从麦克斯韦方程出发,推导了矿井多匝小回线源瞬变电磁场的有限元方程,采用四面体网格剖分,推导了其矢量基函数,并采用伽辽金法求解有限元控制方程,采用后退欧拉公式对计算时间进行离散,并结合MUMPS并行求解器实现大型线型稀疏方程组的求解,结合无限元理论,在计算区域外围设置无限元域,模拟电磁场传播到无限远处,采用局部网格加密的非结构化网格剖分方法进行有针对性地加密,并验证了算法的精确性。基于理论研究基础,本文对半全空间条件下各种不同情况的瞬变电磁响应规律进行了正演研究,并开展了一系列现场试验。主要研究成果如下:（1）矿井多匝小回线源半全空间感应电动势的衰减规律一...
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：179 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
瞬变电磁法的工作原理
博士学位论文间磁场不会立即消失。由于介质的欧姆损耗，由该大地空间产迅速衰减，由其产生的磁场也随之迅速衰减，这种衰减的磁场介质中感应出新的强度更弱的涡流。这一过程不断持续下去，耗将磁场能量消耗完毕为止。这便是大地中的瞬变电磁过程，的电磁场便是大地的瞬变电磁场。瞬变电磁法就是利用这一特阻体。
图 2-2 回线源的磁力线（半空间）Figure 2-2 Magnetic line of loop source (half-space)电磁法的工作时序如图 2-3 所示，在 t＝0 时刻，电流开始供电以一定波形的电流（一般为方波），电流开始关断时，地质体，并激发产生感应涡流，其涡流强度在此过程中不断变大。在地空间中的电磁场其实是不断衰减的一次场和不断增强的二次后感应涡流不断衰减，接收线圈此时开始接收感应电磁场的信携带地质体信息的纯二次场信号，这也是瞬变电磁法的一大优
【参考文献】：
期刊论文
[1]2013—2017年全国煤矿事故统计分析及对策[J]. 蒋星星,李春香. 煤炭工程. 2019(01)
[2]矿井全空间孔中瞬变电磁响应积分方程法数值模拟研究[J]. 陈丁,程久龙,王阿明. 地球物理学报. 2018(10)
[3]矿井含水构造地井瞬变电磁响应规律分析[J]. 李凯,孙怀凤. 中国矿业大学学报. 2018(05)
[4]瞬变电磁法在井下工作面顶板导水裂缝探测中的应用[J]. 李洋,王金平,魏启明. 煤田地质与勘探. 2018(S1)
[5]矿井瞬变电磁法电阻率偏低原因分析与校正方法[J]. 李飞,程久龙,温来福,刘德民,杨德方. 煤炭学报. 2018(07)
[6]中心回线海底三维瞬变电磁响应规律分析[J]. 赵越,许枫,李貅,刘金鹏. 石油地球物理勘探. 2017(05)
[7]瞬变电磁法圆锥型场源特征与电感效应（英文）[J]. 杨海燕,李锋平,岳建华,郭福生,刘旭华,张华. Applied Geophysics. 2017(01)
[8]瞬变电磁法在煤炭领域的研究与应用新进展[J]. 薛国强,于景邨. 地球物理学进展. 2017(01)
[9]重叠回线装置地下瞬变电磁法后延改正技术[J]. 杨海燕,吴信民,张华. 东华理工大学学报(自然科学版). 2016(04)
[10]深海热液硫化物矿体3D瞬变电磁正演[J]. 李瑞雪,王鹤,席振铢,龙霞,侯海涛,刘愿愿,蒋欢. 地球物理学报. 2016(12)
博士论文
[1]复杂介质中时间域航空电磁数据仿真技术研究[D]. 齐彦福.吉林大学 2017
[2]煤矿富水区矿井瞬变电磁响应三维数值模拟及应用[D]. 常江浩.中国矿业大学 2017
[3]时域瞬变电磁三维有限差分正演及广义逆矩阵反演研究[D]. 余翔.成都理工大学 2017
[4]煤自燃分段电学特性及瞬变电磁探测技术研究[D]. 辛邈.中国矿业大学(北京) 2017
[5]瞬变电磁法三维正演及非线性共轭梯度反演研究[D]. 刘晓.中国地质大学(北京) 2016
[6]矿井全空间巷道孔中瞬变电磁波场特征数值模拟研究[D]. 陈丁.中国矿业大学(北京) 2016
[7]巷道前方含水体的瞬变电磁响应及探测技术研究[D]. 胡雄武.安徽理工大学 2014
[8]隧道含水构造三维瞬变电磁场响应特征及突水灾害源预报研究[D]. 孙怀凤.山东大学 2013
[9]基于矢量有限单元法的大回线源瞬变电磁法三维数值模拟[D]. 李建慧.中南大学 2011
[10]矿用多匝小回线源瞬变电磁场数值模拟与分布规律研究[D]. 杨海燕.中国矿业大学 2009
硕士论文
[1]有限元—无限元耦合法在三维直流电和电磁数值模拟中的应用[D]. 公劲喆.中南大学 2009
[2]带地形的瞬变电磁法三维数值模拟[D]. 肖怀宇.中国地质大学（北京） 2006
本文编号：3064443
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：179 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
瞬变电磁法的工作原理
博士学位论文间磁场不会立即消失。由于介质的欧姆损耗，由该大地空间产迅速衰减，由其产生的磁场也随之迅速衰减，这种衰减的磁场介质中感应出新的强度更弱的涡流。这一过程不断持续下去，耗将磁场能量消耗完毕为止。这便是大地中的瞬变电磁过程，的电磁场便是大地的瞬变电磁场。瞬变电磁法就是利用这一特阻体。
图 2-2 回线源的磁力线（半空间）Figure 2-2 Magnetic line of loop source (half-space)电磁法的工作时序如图 2-3 所示，在 t＝0 时刻，电流开始供电以一定波形的电流（一般为方波），电流开始关断时，地质体，并激发产生感应涡流，其涡流强度在此过程中不断变大。在地空间中的电磁场其实是不断衰减的一次场和不断增强的二次后感应涡流不断衰减，接收线圈此时开始接收感应电磁场的信携带地质体信息的纯二次场信号，这也是瞬变电磁法的一大优
【参考文献】：
期刊论文
[1]2013—2017年全国煤矿事故统计分析及对策[J]. 蒋星星,李春香. 煤炭工程. 2019(01)
[2]矿井全空间孔中瞬变电磁响应积分方程法数值模拟研究[J]. 陈丁,程久龙,王阿明. 地球物理学报. 2018(10)
[3]矿井含水构造地井瞬变电磁响应规律分析[J]. 李凯,孙怀凤. 中国矿业大学学报. 2018(05)
[4]瞬变电磁法在井下工作面顶板导水裂缝探测中的应用[J]. 李洋,王金平,魏启明. 煤田地质与勘探. 2018(S1)
[5]矿井瞬变电磁法电阻率偏低原因分析与校正方法[J]. 李飞,程久龙,温来福,刘德民,杨德方. 煤炭学报. 2018(07)
[6]中心回线海底三维瞬变电磁响应规律分析[J]. 赵越,许枫,李貅,刘金鹏. 石油地球物理勘探. 2017(05)
[7]瞬变电磁法圆锥型场源特征与电感效应（英文）[J]. 杨海燕,李锋平,岳建华,郭福生,刘旭华,张华. Applied Geophysics. 2017(01)
[8]瞬变电磁法在煤炭领域的研究与应用新进展[J]. 薛国强,于景邨. 地球物理学进展. 2017(01)
[9]重叠回线装置地下瞬变电磁法后延改正技术[J]. 杨海燕,吴信民,张华. 东华理工大学学报(自然科学版). 2016(04)
[10]深海热液硫化物矿体3D瞬变电磁正演[J]. 李瑞雪,王鹤,席振铢,龙霞,侯海涛,刘愿愿,蒋欢. 地球物理学报. 2016(12)
博士论文
[1]复杂介质中时间域航空电磁数据仿真技术研究[D]. 齐彦福.吉林大学 2017
[2]煤矿富水区矿井瞬变电磁响应三维数值模拟及应用[D]. 常江浩.中国矿业大学 2017
[3]时域瞬变电磁三维有限差分正演及广义逆矩阵反演研究[D]. 余翔.成都理工大学 2017
[4]煤自燃分段电学特性及瞬变电磁探测技术研究[D]. 辛邈.中国矿业大学(北京) 2017
[5]瞬变电磁法三维正演及非线性共轭梯度反演研究[D]. 刘晓.中国地质大学(北京) 2016
[6]矿井全空间巷道孔中瞬变电磁波场特征数值模拟研究[D]. 陈丁.中国矿业大学(北京) 2016
[7]巷道前方含水体的瞬变电磁响应及探测技术研究[D]. 胡雄武.安徽理工大学 2014
[8]隧道含水构造三维瞬变电磁场响应特征及突水灾害源预报研究[D]. 孙怀凤.山东大学 2013
[9]基于矢量有限单元法的大回线源瞬变电磁法三维数值模拟[D]. 李建慧.中南大学 2011
[10]矿用多匝小回线源瞬变电磁场数值模拟与分布规律研究[D]. 杨海燕.中国矿业大学 2009
硕士论文
[1]有限元—无限元耦合法在三维直流电和电磁数值模拟中的应用[D]. 公劲喆.中南大学 2009
[2]带地形的瞬变电磁法三维数值模拟[D]. 肖怀宇.中国地质大学（北京） 2006
本文编号：3064443
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