矿井磁性源透射瞬变电磁有限差分正演数值模拟

发布时间：2024-09-29 20:26

　　煤矿工作面回采过程中常遇到构造和矿井突水,严重影响生产进度及人员设备安全,目前针对工作面内地质异常探测的物探方法都有其自身的局限性。反射瞬变电磁因探测深度有限,往往不能对工作面内地质构造进行有效探测。透射瞬变电磁法相对反射瞬变电磁法有定位准确等诸多优点,本文借助数值模拟来对磁性源透射瞬变电磁技术进行研究。首先基于麦克斯韦方程和时域有限差分理论实现了瞬变电磁三维有限差分正演计算,采用磁偶极子作为发射源,采用CPML边界来减小计算空间和边界处的反射。在此基础上,对均匀全空间模型、煤层和巷道模型、工作面内高阻体模型和工作面内低阻体模型分别进行了数值模拟,对各模型的透射响应特征进行了分析总结,并将其与反射响应特征进行了对比分析。研究结果表明:(1)均匀全空间中磁偶极子的“烟圈”始终处在磁偶极子的等效载流电流环所在平面上,从电流环中心向外扩散,这与半空间中的扩散规律有所不同。(2)数值模拟结果显示透射瞬变电磁法相较于反射瞬变电法,理论上具有更大的探测范围,在高阻围岩中透射有效距离可以进一步增加。(3)煤层和巷道的存在对反射瞬变电磁响应影响较小,对透射瞬变电磁响应的影响较大。(4)透射瞬变电磁法同反...

【文章页数】：75 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
abstract
1 绪论
    1.1 选题背景及研究意义
        1.1.1 选题背景
        1.1.2 研究意义
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 国外研究现状
        1.2.2 国内研究现状
        1.2.3 存在的问题
    1.3 研究内容、研究方法与技术路线
        1.3.1 研究内容
        1.3.2 研究方法
        1.3.3 技术路线
2 三维全空间瞬变电磁场时域有限差分正演理论
    2.1 控制方程及其差分离散
        2.1.1 控制方程
        2.1.2 Yee元胞及差分离散
    2.2 稳定性和数值色散
        2.2.1 CFL稳定条件
        2.2.2 数值色散
    2.3 磁偶极源及其多方向加载方法
        2.3.1 瞬态磁偶极源
        2.3.2 源的多方向加载
    2.4 CPML边界
        2.4.1 含PML的频域Maxwell方程组
        2.4.2 CPML区域有限差分格式
    2.5 程序设计及验证
        2.5.1 程序设计
        2.5.2 算法验证
    2.6 本章小结
3 均匀全空间模型透射瞬变电磁数值模拟
    3.1 透射瞬变电磁法介绍
    3.2 水平磁偶极子产生的全空间电磁场分布规律
    3.3 均匀全空间透射TEM响应特征
    3.4 均匀全空间有效透射距离探讨
    3.5 本章小结
4 矿井透射瞬变电磁数值模拟
    4.1 煤层和巷道对透射TEM响应的影响
    4.2 工作面内高阻体透射TEM响应特征
    4.3 工作面内低阻体透射TEM响应特征
        4.3.1 工作面内低阻板状体透射TEM响应特征
        4.3.2 工作面内低阻柱状体透射TEM响应特征
        4.3.3 工作面内距离发射源不同距离低阻体透射TEM响应特征
    4.4 本章小结
5 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
致谢
参考文献
附录



本文编号：4006289