基于高密度电法的煤矿多层采空区数值模拟研究

发布时间：2017-09-14 04:14

  本文关键词：基于高密度电法的煤矿多层采空区数值模拟研究

  更多相关文章： 高密度电法 温纳 双层采空区 数值模拟 有效间距 工程试验

【摘要】：随着煤矿开采量的增加,开采规模的扩大,煤矿采空成为主要的地质灾害之一。由于地下采煤的深入,开采程度的差异,以及小窑私采乱采,会形成不同时期,不同规模的采空区,采空塌陷区,还会出现采空积水和多层采空的问题,严重威胁着矿山生产安全和地面稳定性。因为多层采空区的相互干扰和耦合,地下电性分布特征更加复杂多变,使得地面物探工作的探测精度受到了极大的限制,也为解译工作增加了难度。高密度电阻率法,是在常规电阻率法的基础上,通过一次布设多根电极,实现多次测量,完成在二维剖面上的勘探,从而获取地下在水平方向和不同深度的电性特征变化,可以形象直观地反映断面异常体的形态、产状等,具有工作效率高、劳动强度低、探测精度较高等优点。本文运用基于有限差分法的二维高密度电法正演和基于最小二乘法的二维高密度电法反演软件,首先对单层采空区进行模拟,得出不同电阻率值下的采空区在地下的有效探测埋深范围;然后对双层采空区进行模拟,分别建立两层高阻、两层低阻、上高下低、上低下高四组模型,得出高密度电法能够识别出的有效间距下限,最终得到以下结论:(1)高密度电法在理论探测深度内可以有效分辨高阻和低阻异常体,而且异常体与围岩电阻率值差距越大,探测效果越明显;(2)对两层高阻、上高下低、上低下高三种异常体模型,温纳四极测深可以通过反演有效分辨出两层异常,而对于双层低阻的异常体,不能有效分辨出下层异常;(3)对两层都是高阻的异常体,间距小于20m,两层界限模糊,随着两层间距递减,只能分辨出一层异常,间距大于20m,可以有效分辨出两层异常,随着间距增大,分辨效果越来越明显,但是不能准确判断出下层高阻异常的确切深度;(4)对于双层低阻的异常体,不管间距多大,只能分辨出一层异常,随着两层间距的增大,下层低阻异常在反演结果中也没有反映;(5)对于上高下低和上低下高两组双层异常体,可以通过反演有效分辨出两层异常,随着间距递增,两层异常之间的相互影响减弱,异常边界更加明显。通过对山西某矿区进行高密度电法探测矿井水的工程反演试验,验证了上述高密度电法在双层采空区数值模拟研究中所得规律的正确性。
【关键词】：高密度电法 温纳 双层采空区 数值模拟 有效间距 工程试验
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD82;P631.3
【目录】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-11
• 第一章 绪论11-17
• 1.1 选题背景和意义11-12
• 1.2 国内外研究现状12-15
• 1.2.1 高密度电法在煤矿采空区的应用12-13
• 1.2.2 高密度电法在其他工程领域的应用13
• 1.2.3 高密度电法的正演13-15
• 1.2.4 高密度电法的反演15
• 1.3 主要内容15-17
• 第二章 高密度电阻率法简介17-33
• 2.1 电阻率法基础17-24
• 2.1.1 均匀大地中的稳定电流场17-19
• 2.1.2 均匀大地电阻率的测定19
• 2.1.3 视电阻率概念19-22
• 2.1.4 电流密度随深度的变化22-24
• 2.2 高密度电法勘探系统24-25
• 2.3 高密度电阻率法装置类型和特点25-32
• 2.3.1 基本装置类型26-28
• 2.3.2 三电位电极系28-30
• 2.3.3 温纳-施伦贝尔装置30-31
• 2.3.4 装置特点31-32
• 2.4 装置和电极距选择32-33
• 第三章 数值模拟的方法和原理33-43
• 3.1 正演方法和操作33-38
• 3.1.1 有限单元法33-34
• 3.1.2 有限差分法34-35
• 3.1.3 实际操作35-38
• 3.2 反演方法与操作38-43
• 3.2.1 基础理论38-40
• 3.2.2 实际操作40-43
• 第四章 双层采空区数值模拟43-63
• 4.1 建模依据和参数选择43-44
• 4.1.1 模型建立的依据43
• 4.1.2 模型参数的选择43-44
• 4.2 单一异常体的建模和反演44-55
• 4.2.1 异常体的有效埋深规律44-52
• 4.2.2 异常体的高低阻反映情况52-55
• 4.3 双层采空区模拟55-61
• 4.3.1 上下高阻的采空区模拟55-57
• 4.3.2 上下低阻的采空区模拟57-58
• 4.3.3 上高下低的采空区模拟58-60
• 4.3.4 上低下高的采空区模拟60-61
• 4.4 本章小结61-63
• 第五章 工程实例试验63-73
• 5.1 工区概况63-65
• 5.1.1 地质概况63-64
• 5.1.2 勘探区地球物理特征64-65
• 5.2 高密度电法探测工作参数65-66
• 5.3 高密度电法的反演66-72
• 5.4 本章小结72-73
• 第六章 结论与展望73-75
• 6.1 结论73-74
• 6.2 展望74-75
• 参考文献75-79
• 致谢79-80
• 攻读硕士学位期间公开发表的学术论文80

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 张琪,王珍;高密度电法在上海地区的应用[J];上海地质;2005年01期

2 谭延玲;孙海民;乔丽;;高密度电法在工程勘察中的应用[J];黑龙江水利科技;2006年04期

3 刘小军;李长征;王家林;吴健生;;高密度电法概率成像技术在堤防隐患探测中的应用[J];工程地球物理学报;2006年06期

4 邓超文;;高密度电法的原理及工程应用[J];韶关学院学报;2007年06期

5 祁增云;;高密度电法在工程勘察中的应用实例[J];西北水电;2007年04期

6 赵会会;李文尧;王进朝;阮珏;;高密度电法在尾矿库勘察中的应用[J];科技情报开发与经济;2008年31期

7 张小香;白香玲;;高密度电法探测地下空洞[J];高原地震;2008年03期

8 何淑军;吴树仁;孙进忠;高一飞;;高密度电法在西气东输施工道路料场勘查中的应用[J];地质通报;2008年06期

9 马伏生;刘继光;严建民;;高密度电法在防空洞勘察中的应用[J];石油仪器;2008年04期

10 杜华光;;高密度电法在工程地质勘察中的应用[J];路基工程;2008年04期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 马利平;徐晓英;;高密度电法在水库检测中的应用[A];山东地球物理六十年[C];2009年

2 董浩斌;王传雷;;浅议高密度电法几个问题[A];资源、环境与工程电法勘探方法技术交流会论文集[C];2003年

3 王建平;;高密度电法在城市工程勘察中的应用[A];中国地球物理.2003——中国地球物理学会第十九届年会论文集[C];2003年

4 吕玉增;阮百尧;;高密度电法工作中的几个问题研究[A];勘探地球物理2005学术交流会论文集[C];2005年

5 黄宴辉;王诗东;熊壮;朱世山;;超高密度电法在隧道勘察中的应用研究[A];中国地球物理2013——第二十四专题论文集[C];2013年

6 祁民;张宝林;梁光河;陈友明;管刚;;高分辨率预测地下复杂采空区的空间分布特征——高密度电法在山西阳泉某复杂采空区中的初步应用研究[A];中国科学院地质与地球物理研究所2006年论文摘要集[C];2007年

7 祁民;张宝林;梁光河;;高密度电法的三维数据场可视化[A];中国科学院地质与地球物理研究所2006年论文摘要集[C];2007年

8 董浩斌;王传雷;唐筱眸;;三维高密度电法勘探及试验[A];2001年中国地球物理学会年刊——中国地球物理学会第十七届年会论文集[C];2001年

9 刘晓东;张虎生;邢应太;;高密度电法在岩溶地质调查中的应用[A];资源、环境与工程电法勘探方法技术交流会论文集[C];2003年

10 寇玉才;王俊祥;程洪明;;青海江仓煤矿高密度电法的应用效果[A];勘探地球物理2005学术交流会论文集[C];2005年

中国重要报纸全文数据库 前3条

1 陈俊　刘志远 王福宝;高密度电法“剑指”碳酸盐岩出露区[N];中国石化报;2009年

2 邱宏喜 张志臣;EH4电磁系统和高密度电法联合找矿效果好[N];地质勘查导报;2007年

3 刘迎娟;水环地调中心完成多项南极科考任务[N];中国国土资源报;2014年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 梁冰;高密度电法仪器测控系统设计[D];吉林大学;2010年

2 胡啸;基于高密度电法的煤矿多层采空区数值模拟研究[D];太原理工大学;2016年

3 雷世红;高密度电法室内模型与工程应用研究[D];河海大学;2005年

4 钟韬;超高密度电法在探测采空区中的应用研究[D];成都理工大学;2008年

5 张碧勇;高密度电法发射机技术研究[D];吉林大学;2013年

6 郭清石;高密度电法对溶洞勘探的数值模拟研究[D];西南交通大学;2013年

7 李龙;高密度电法探测地下灾害源的应用研究[D];内蒙古科技大学;2015年

8 蔡斌;高密度电法模型研究与工程应用[D];吉林大学;2011年

9 刘海生;高密度电法在探测煤矿地下采空区中的应用研究[D];太原理工大学;2006年

10 何晓辉;基于高密度电法在堤防隐患探测技术实验研究[D];郑州大学;2012年

，

本文编号：847803