矿井巷孔瞬变电磁法应用研究

发布时间：2017-09-21 16:40

本文关键词：矿井巷孔瞬变电磁法应用研究

【摘要】：瞬变电磁方法已经广泛应用于煤矿井下灾害预测预报,巷孔瞬变电磁法(Tunnel-drilling Transient Electromagnetic Method,简称TDTEM)是在传统瞬变电磁方法的基础上,利用井下巷道空间及各类钻孔进行的孔内探测方法。巷孔瞬变电磁法利用孔内发射-孔内接收(内收-发)模式和巷道发射-孔内接收(外发-内收)模式交替工作的方法对钻孔周边围岩一定范围内的含水构造及钻孔钻进过程中围岩岩性的变化进行响应信号特征提取,进而判断含水构造位置及围岩岩性变化情况。研究巷孔瞬变电磁法对煤矿安全生产及节约开采成本起到重要作用,因此论文通过巷孔瞬变电磁法两种工作模式的理论公式推导、物理模拟及现场实践进一步确定了该方法的有效性。论文各部分研究内容及成果如下:(1)介绍巷孔瞬变电磁法内收-法模式和外发-内收模式的探测原理,通过利用全空间瞬变电磁斜阶跃场源响应公式推导了内收-发模式工作时接收信号响应公式;根据内收-发响应信号特征及双对数坐标系图像特征推导了对数离值公式;根据全空间磁场水平分量和垂直分量响应值推导了外发-内收模式的理论接收响应信号。巷孔瞬变电磁的接收探头由两个发射大小相同方向相对磁场的发射线圈和六个不同径向接收方向的接收回线构成,因此其工作原理及信号响应特征与传统的瞬变电磁法差异较大,通过对其响应原理的分析有助于我们更好地掌握其响应曲线特征。由于其响应曲线会得到丰富的“负值”信息,而通用的双对数坐标系无法满足其图像显示的要求,通过推导对数离值公式有利于图像的显示及规范信号响应值大小标准。(2)利用室内条件,根据巷孔瞬变电磁响应机理设计了使用不同工作模式探测不同角度及距离的低阻异常体、不同岩性、不同角度板状异常体的物理模拟实验。通过物理模拟得到看出:巷孔瞬变电磁(1)具有分辨电性界面方位的能力,且分辨精度较高;(2)具有判断电性界面距钻孔距离的能力;(3)具有分辨地电特征差异较大岩层的能力;(4)具有判断电性界面发育情况的能力;同时,对数离值公式确实有助于分析具有“负值”的响应信号,并且能够为响应值大小提供判断标准。(3)将巷孔瞬变电磁法进行现场试验,通过在某矿巷道及钻孔的实际探测证明了巷孔瞬变电磁法的实用性和有效性。结合探测信号和可视仪图像分析,得到响应信号与岩性变化及岩性破碎程度之间的关系,因此,巷孔瞬变电磁法能有效地降低钻探的成本,获得更加丰富的地质资料。
【关键词】：巷孔瞬变电磁法 内收-发模式 外发-内收模式 异常方向性 多通道接收
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD76;P631.325
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