覆岩采动裂隙发育规律的电法无损探测实验研究
发布时间：2022-01-25 21:05
煤层开采过程中上覆岩层变形破坏形成的导水裂隙发育规律是矿井水害防治重要的研究方向,准确有效的掌握采动覆岩活动规律,可为煤炭安全高效开采提供重要的理论依据。本文综合运用理论分析、实验室物理模拟、数值分析等方法,建立三维电法无损探测系统,对覆岩裂隙发育规律及岩层电阻率变化响应特征进行分析,并提出相应的分类指标,主要研究成果如下:（1）根据网络并行电法的工作原理及数据采集方式,明确了电法数据采集的高效性和全面性;分析了三维数据反演的方式,采用AGI三维反演方法会使反演结果更加真实;分析总结了电法探测覆岩裂隙在实验室物理模拟中的应用,掌握了实验室试验中电极布置、数据采集方式。（2）结合伊犁四矿地质条件,采用三维综合物理模拟实验系统建立相似物理模型,依据三维模拟实验平台及模型铺设特点,建立了网络并行电法覆岩裂隙无损探测系统,优化了电极布置、材料选取、数据采集方式,有效提高了探测结果的准确性;掌握了三维模型初始状态和不同开采状态下电阻率变化情况,将电阻率变化情况分为4个阶段,即无明显变化阶段-相对不稳定阶段-逐渐增大阶段-趋于平稳阶段;观察分析了模型裂隙发育特征,结果表明,两分层开采结束后,覆岩裂...
【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】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
覆岩裂隙“O”形圈平面
我国研究学者为进一步完善实验研究方法，先后研制了大尺度三维物理模拟试验系统。李仲奎[40,41]等采用高容重模型材料、复杂应力场监控技术、内窥监测技术等方法研发了三维多主应力面加载实验系统，模型尺寸为 6.2 m×1.02 m×4.7 m，进行了历时 16 个月的模拟试验，得到了应力应变、围岩变形等模拟结果，取得了较好的实验效果。尹光志教授[42,43]等对三维采动应力条件下覆岩裂隙演化规律进行了三维模拟试验研究，模型尺寸为 1.2 m×0.6 m×0.6 m，探究了煤层开采过程中覆岩活动应力分布特征，通过切割裂隙统计描述了覆岩竖直切面裂隙分布特征，并对裂隙分布进行平面量化、分形研究，得到了三维应力下裂隙网络的空间演化规律。姜耀东[44]研发了真三轴巷道平面模型实验系统，该实验系统具有刚度强，加载载荷高、受载均匀、操作简单等优点。模型尺寸为 1 m×1 m×0.2 m，模型六面施压、三面可调，对于矿井软岩巷道矿压显现的模拟试验有重要的作用。太原理工大学建立的三维固流耦合模拟实验系统，尺寸为 3 m×2 m×2 m，针对顶板破坏规律[45]进行了三维模拟分析，采用槽钢及高强度有机玻璃产生侧向应力，研究了覆岩位移和应力变化规律，有效指导了煤层开采覆岩活动规律。
（a）合成电阻率模型 （b）正演视电阻率等值线图 1-3 直流电法三维正演模拟Figure 1-3 Three-dimensional forward modeling of direct current method底青云、吴小平[57]等分别从推导了敏感矩阵与层析成像求解方法、采用积分法对三维敏感系数矩阵进行计算，通过降维处理对方程进行求解，获得了适合复杂大模型的计算方法。该方法充分体现了其优越性，对该反演方法的发展起到了一定的促进作用。刘树才、岳建华[58]等针对煤层底板突水问题进行电法探测研究，依据岩层导电性的变化规律，建立底板导水裂隙带动态演化规律地电模型。反演结果与实测结果相对比，电阻率法用于底板破坏情况监测效果比较明显，为现场实际情况煤层开采提供参考。刘志新[59]采用三维有限元法进行直流电透视正演模拟，基于正演模拟原理，提出了直流电透视技术，将供电电极与测量电极均布置在回采工作面巷道两侧，研究巷道两侧电场变化特征及其视电阻率曲线的响应特征，探测工作面内部含水量、裂隙发育程度，为三维有限元数值分析方法提供理论依据。
【参考文献】：
期刊论文
[1]浅谈我国物探技术的进步及展望[J]. 李质虎,李宁. 世界有色金属. 2018(22)
[2]浅埋煤层群覆岩与地表裂隙发育规律和形成机理研究[J]. 黄庆享,杜君武,侯恩科,杨帆. 采矿与安全工程学报. 2019(01)
[3]基于时移高密度电法的覆岩精细探测方法研究[J]. 李飞,程久龙,陈绍杰,康庆涛,李改革,刘德民. 矿业科学学报. 2019(01)
[4]高密度电法勘探对多目标体探测效果的实验研究[J]. 何家立,曹静. 长春工程学院学报(自然科学版). 2018(04)
[5]高密度电法探测煤矿地下采空区的数值模拟研究[J]. 曹凯. 中国矿业. 2018(S1)
[6]基于网络并行电法的顶板“三带”发育研究[J]. 徐磊,李希建,田波,游先中. 采矿技术. 2017(06)
[7]许厂煤矿3336工作面煤层开采覆岩破坏并行电法监测研究[J]. 徐旭东,南莹浩,邵小朋. 华北科技学院学报. 2017(05)
[8]无底柱分段崩落法开采挂帮矿诱发边坡岩移的数值模拟[J]. 赵雨薇,韩超超,王大国,谭宝会,王志修. 金属矿山. 2017(09)
[9]微测井电法在基坑围护防渗检测中可行性研究[J]. 张瑾,刘涛,王旭春,周大永,凌贤长,王承震. 岩石力学与工程学报. 2017(10)
[10]浅埋大采高煤层群开采覆岩结构及矿压特征分析[J]. 黄克军,黄庆享,赵萌烨,廖敬龙,张元振. 煤炭工程. 2017(04)
博士论文
[1]地面窥视钻孔采动破坏机理及覆岩活动规律反演研究[D]. 王宏志.中国矿业大学 2018
[2]厚煤层综采覆岩破断及裂隙演化机理三维大型物理模拟研究[D]. 成小雨.西安科技大学 2018
[3]浅埋煤层开采与脆弱生态保护相互响应机理与工程实践[D]. 范钢伟.中国矿业大学 2011
硕士论文
[1]冲沟发育地貌浅埋煤层开采覆岩运动及裂隙演化规律研究[D]. 张艳伟.中国矿业大学 2016
[2]三维采动应力条件下煤层覆岩及底板裂隙场演化规律与瓦斯运移特征研究[D]. 韩佩博.重庆大学 2015
[3]采动条件下覆岩地电场响应特征研究[D]. 周璇.中国矿业大学 2015
[4]综合物探技术在煤矿采空区探测中的应用研究[D]. 李洪嘉.吉林大学 2014
[5]顾北矿11-2煤层开采覆岩破坏并行电法探测研究[D]. 张卫.安徽理工大学 2012
[6]高密度电阻率法正反演数值模拟研究[D]. 刘飞.中国地质大学(北京) 2012
[7]山地浅埋煤层开采覆岩运动规律与结构特征研究[D]. 刘国磊.山东科技大学 2010
[8]网络并行电法在覆岩破坏动态监测中的应用[D]. 董春勇.安徽理工大学 2009
[9]高密度电阻率法物探技术及其应用研究[D]. 李银真.辽宁工程技术大学 2007
本文编号：3609212
【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】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
覆岩裂隙“O”形圈平面
我国研究学者为进一步完善实验研究方法，先后研制了大尺度三维物理模拟试验系统。李仲奎[40,41]等采用高容重模型材料、复杂应力场监控技术、内窥监测技术等方法研发了三维多主应力面加载实验系统，模型尺寸为 6.2 m×1.02 m×4.7 m，进行了历时 16 个月的模拟试验，得到了应力应变、围岩变形等模拟结果，取得了较好的实验效果。尹光志教授[42,43]等对三维采动应力条件下覆岩裂隙演化规律进行了三维模拟试验研究，模型尺寸为 1.2 m×0.6 m×0.6 m，探究了煤层开采过程中覆岩活动应力分布特征，通过切割裂隙统计描述了覆岩竖直切面裂隙分布特征，并对裂隙分布进行平面量化、分形研究，得到了三维应力下裂隙网络的空间演化规律。姜耀东[44]研发了真三轴巷道平面模型实验系统，该实验系统具有刚度强，加载载荷高、受载均匀、操作简单等优点。模型尺寸为 1 m×1 m×0.2 m，模型六面施压、三面可调，对于矿井软岩巷道矿压显现的模拟试验有重要的作用。太原理工大学建立的三维固流耦合模拟实验系统，尺寸为 3 m×2 m×2 m，针对顶板破坏规律[45]进行了三维模拟分析，采用槽钢及高强度有机玻璃产生侧向应力，研究了覆岩位移和应力变化规律，有效指导了煤层开采覆岩活动规律。
（a）合成电阻率模型 （b）正演视电阻率等值线图 1-3 直流电法三维正演模拟Figure 1-3 Three-dimensional forward modeling of direct current method底青云、吴小平[57]等分别从推导了敏感矩阵与层析成像求解方法、采用积分法对三维敏感系数矩阵进行计算，通过降维处理对方程进行求解，获得了适合复杂大模型的计算方法。该方法充分体现了其优越性，对该反演方法的发展起到了一定的促进作用。刘树才、岳建华[58]等针对煤层底板突水问题进行电法探测研究，依据岩层导电性的变化规律，建立底板导水裂隙带动态演化规律地电模型。反演结果与实测结果相对比，电阻率法用于底板破坏情况监测效果比较明显，为现场实际情况煤层开采提供参考。刘志新[59]采用三维有限元法进行直流电透视正演模拟，基于正演模拟原理，提出了直流电透视技术，将供电电极与测量电极均布置在回采工作面巷道两侧，研究巷道两侧电场变化特征及其视电阻率曲线的响应特征，探测工作面内部含水量、裂隙发育程度，为三维有限元数值分析方法提供理论依据。
【参考文献】：
期刊论文
[1]浅谈我国物探技术的进步及展望[J]. 李质虎,李宁. 世界有色金属. 2018(22)
[2]浅埋煤层群覆岩与地表裂隙发育规律和形成机理研究[J]. 黄庆享,杜君武,侯恩科,杨帆. 采矿与安全工程学报. 2019(01)
[3]基于时移高密度电法的覆岩精细探测方法研究[J]. 李飞,程久龙,陈绍杰,康庆涛,李改革,刘德民. 矿业科学学报. 2019(01)
[4]高密度电法勘探对多目标体探测效果的实验研究[J]. 何家立,曹静. 长春工程学院学报(自然科学版). 2018(04)
[5]高密度电法探测煤矿地下采空区的数值模拟研究[J]. 曹凯. 中国矿业. 2018(S1)
[6]基于网络并行电法的顶板“三带”发育研究[J]. 徐磊,李希建,田波,游先中. 采矿技术. 2017(06)
[7]许厂煤矿3336工作面煤层开采覆岩破坏并行电法监测研究[J]. 徐旭东,南莹浩,邵小朋. 华北科技学院学报. 2017(05)
[8]无底柱分段崩落法开采挂帮矿诱发边坡岩移的数值模拟[J]. 赵雨薇,韩超超,王大国,谭宝会,王志修. 金属矿山. 2017(09)
[9]微测井电法在基坑围护防渗检测中可行性研究[J]. 张瑾,刘涛,王旭春,周大永,凌贤长,王承震. 岩石力学与工程学报. 2017(10)
[10]浅埋大采高煤层群开采覆岩结构及矿压特征分析[J]. 黄克军,黄庆享,赵萌烨,廖敬龙,张元振. 煤炭工程. 2017(04)
博士论文
[1]地面窥视钻孔采动破坏机理及覆岩活动规律反演研究[D]. 王宏志.中国矿业大学 2018
[2]厚煤层综采覆岩破断及裂隙演化机理三维大型物理模拟研究[D]. 成小雨.西安科技大学 2018
[3]浅埋煤层开采与脆弱生态保护相互响应机理与工程实践[D]. 范钢伟.中国矿业大学 2011
硕士论文
[1]冲沟发育地貌浅埋煤层开采覆岩运动及裂隙演化规律研究[D]. 张艳伟.中国矿业大学 2016
[2]三维采动应力条件下煤层覆岩及底板裂隙场演化规律与瓦斯运移特征研究[D]. 韩佩博.重庆大学 2015
[3]采动条件下覆岩地电场响应特征研究[D]. 周璇.中国矿业大学 2015
[4]综合物探技术在煤矿采空区探测中的应用研究[D]. 李洪嘉.吉林大学 2014
[5]顾北矿11-2煤层开采覆岩破坏并行电法探测研究[D]. 张卫.安徽理工大学 2012
[6]高密度电阻率法正反演数值模拟研究[D]. 刘飞.中国地质大学(北京) 2012
[7]山地浅埋煤层开采覆岩运动规律与结构特征研究[D]. 刘国磊.山东科技大学 2010
[8]网络并行电法在覆岩破坏动态监测中的应用[D]. 董春勇.安徽理工大学 2009
[9]高密度电阻率法物探技术及其应用研究[D]. 李银真.辽宁工程技术大学 2007
本文编号：3609212
本文链接：https://www.wllwen.com/kejilunwen/kuangye/3609212.html
