构造煤井下探测的激电特征研究
发布时间：2021-08-08 13:12
构造煤是煤与瓦斯突出的高危煤体,预先圈定其发育范围可为瓦斯突出危险性评价提供重要依据。然而,目前尚缺少有效的构造煤地球物理探测方法。为此,基于构造煤物性特点,提出构造煤井下激电探测技术,即在采煤工作面巷道或钻孔中采用激发极化法进行小范围构造煤探测。为探讨构造煤井下激电探测技术的可行性,本文采用理论分析、物理实验与数值模拟相结合的方式,开展了构造煤全空间激电场分布规律研究,阐明了构造煤激电探测技术的物理机制,探讨了构造煤井下激电观测方法,进行了构造煤井下激电探测工程实践。主要研究内容和成果如下:（1）为实现构造煤激电特征实验室原位测试,根据构造煤特点,在单动双层管钻具基础上设计并加工了构造煤取样钻具,实现了构造煤煤样在内置样品罐中直接保存,减少了取样扰动的影响,保证了构造煤岩的近似原位性。（2）基于Cole-Cole模型,理论分析了构造煤实分量、虚分量、相位和振幅的频谱特征;同时采集了不同煤岩试样,对碎粒煤、糜棱煤两类极易突出构造煤体及原生结构煤进行了复电性测试,分析了不同煤体的激电特性参数,结果表明原生结构煤与与构造煤阻抗、充电率差异明显,时间常数差异较小,证实原生结构煤与构造煤存在激...
【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】：116 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
激发极化原理示意图
2研究的理论基础13图2-2电子导体激发极化原理图Figure2-2Schematicdiagramofinducedpolarizationofelectronicconductor因此，激发极化的充电曲线实质是反映超电压随通电时间的延续而逐渐形成，并最终趋于饱和值；放电曲线反映断电后超电压分别通过溶液和导体放电，使界面电荷分布逐渐恢复到正常双电层状态。（2）离子导体激发极化效应机理离子导体的极化是由于电流作用使得溶液本身带电离子的分化转移。主要的假说都是基于岩石颗粒—溶液界面上的双电层的分散结构和分散区内存在可以沿界面移动的阳离子这一特点提出来的。其中比较代表性的假说之一是“双电层形变假说”。如图2-3所示，在外电流作用下，岩石颗粒表面双电层（图2-3-a）分散区中之阳离子发生位移，形成双电层形变（图2-4-b）；当外电流断开后，堆积的离子放电，以恢复到平衡状态（图2-3-c），从而可观测到激发极化电常图2-3双电层形变示意图Figure2-3Deformationdiagramofdoubleelectriclayer（3）煤岩激发极化类型为了把问题简化，激发极化现象常被分为面极化和体极化。面极化的激发极化效应发生在极化体与围岩溶液的界面上，如一些金属矿和石墨；体极化的激发
2研究的理论基础13图2-2电子导体激发极化原理图Figure2-2Schematicdiagramofinducedpolarizationofelectronicconductor因此，激发极化的充电曲线实质是反映超电压随通电时间的延续而逐渐形成，并最终趋于饱和值；放电曲线反映断电后超电压分别通过溶液和导体放电，使界面电荷分布逐渐恢复到正常双电层状态。（2）离子导体激发极化效应机理离子导体的极化是由于电流作用使得溶液本身带电离子的分化转移。主要的假说都是基于岩石颗粒—溶液界面上的双电层的分散结构和分散区内存在可以沿界面移动的阳离子这一特点提出来的。其中比较代表性的假说之一是“双电层形变假说”。如图2-3所示，在外电流作用下，岩石颗粒表面双电层（图2-3-a）分散区中之阳离子发生位移，形成双电层形变（图2-4-b）；当外电流断开后，堆积的离子放电，以恢复到平衡状态（图2-3-c），从而可观测到激发极化电常图2-3双电层形变示意图Figure2-3Deformationdiagramofdoubleelectriclayer（3）煤岩激发极化类型为了把问题简化，激发极化现象常被分为面极化和体极化。面极化的激发极化效应发生在极化体与围岩溶液的界面上，如一些金属矿和石墨；体极化的激发
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于PML边界条件的二阶电磁波动方程GPR时域有限元模拟[J]. 王洪华,吕玉增,王敏玲,龚俊波,张智. 地球物理学报. 2019(05)
[2]构造煤地球物理响应特征及成因分析——以晋城矿区赵庄煤矿为例[J]. 邹冠贵,李来春. 矿业科学学报. 2018(05)
[3]AVO技术预测构造煤实例研究[J]. 金俊俊,陈同俊,李娟娟. 地球物理学进展. 2018(04)
[4]强变形构造煤等静压原煤柱状煤样制作方法[J]. 任建刚,翁红波,宋志敏,李冰,吕闰生. 煤矿安全. 2018(06)
[5]无线电波探测瓦斯富集区理论与方法[J]. 梁庆华,吴燕清,李云波,康跃明,仇念广. 煤炭学报. 2017(S1)
[6]煤复电阻率各向异性及其频率响应特征研究[J]. 郭晓洁,郇璇,宫伟东,张玉贵. 煤炭科学技术. 2017(04)
[7]地面—巷道直流电阻率法探测技术[J]. 刘树才,陈爽爽,许可. 煤炭学报. 2017(02)
[8]构造煤研究现状及展望[J]. 姜波,李明,屈争辉,刘杰刚,李伍. 地球科学进展. 2016(04)
[9]碎粉煤中孔隙特性及对冰冻响应试验研究[J]. 储小送,屈争辉,郭志军,姚磊,靖建凯,郭卫坤. 煤炭科学技术. 2015(09)
[10]构造煤复电性实验及其特征研究[J]. 郭晓洁,雷东记,张玉贵. 煤田地质与勘探. 2015(04)
博士论文
[1]多场源地空频率域电磁探测方法研究[D]. 周海根.吉林大学 2017
[2]构造煤地质—地球物理综合响应及其判识模型[D]. 陈红东.中国矿业大学 2017
[3]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
[4]煤岩体电性时频特征研究[D]. 杨彩.中国矿业大学 2017
[5]煤巷综掘双频激电法超前探测正反演及信号发送机研究[D]. 张金涛.中国矿业大学(北京) 2016
[6]地质构造对平顶山矿区煤与瓦斯突出的主控作用研究[D]. 闫江伟.河南理工大学 2016
[7]基于地震信息的煤与瓦斯突出预测与评价方法研究[D]. 崔大尉.中国矿业大学 2015
[8]煤巷综掘工作面聚焦双频激电法超前探测关键技术研究[D]. 刘志民.中国矿业大学(北京) 2015
[9]煤与瓦斯突出预测的岩性地震反演方法研究[D]. 李娟娟.中国矿业大学 2013
[10]构造煤结构演化及成因机制[D]. 李明.中国矿业大学 2013
硕士论文
[1]矿井直流电阻率法立体布极方式探测能力研究[D]. 刘汉.中国矿业大学 2019
[2]寺家庄矿构造煤物性特征及应用研究[D]. 童继强.太原理工大学 2017
[3]基于双模式并行电法采集系统的激发极化法实验研究[D]. 杨海平.中国矿业大学 2017
[4]阳泉新景煤矿构造煤发育规律及其对瓦斯赋存的控制机理[D]. 张坤鹏.中国矿业大学 2015
[5]煤电性参数的实验研究[D]. 孟磊.河南理工大学 2010
[6]考虑电磁效应的时间域谱激电法数值模拟研究[D]. 彭淼.中国地质大学（北京） 2009
[7]双频道激电和伪随机三频激电的三维正演数值模拟[D]. 叶庆华.中南大学 2008
[8]电磁波探测煤层突出危险性指标敏感性研究[D]. 康建宁.煤炭科学研究总院 2003
本文编号：3330019
【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】：116 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
激发极化原理示意图
2研究的理论基础13图2-2电子导体激发极化原理图Figure2-2Schematicdiagramofinducedpolarizationofelectronicconductor因此，激发极化的充电曲线实质是反映超电压随通电时间的延续而逐渐形成，并最终趋于饱和值；放电曲线反映断电后超电压分别通过溶液和导体放电，使界面电荷分布逐渐恢复到正常双电层状态。（2）离子导体激发极化效应机理离子导体的极化是由于电流作用使得溶液本身带电离子的分化转移。主要的假说都是基于岩石颗粒—溶液界面上的双电层的分散结构和分散区内存在可以沿界面移动的阳离子这一特点提出来的。其中比较代表性的假说之一是“双电层形变假说”。如图2-3所示，在外电流作用下，岩石颗粒表面双电层（图2-3-a）分散区中之阳离子发生位移，形成双电层形变（图2-4-b）；当外电流断开后，堆积的离子放电，以恢复到平衡状态（图2-3-c），从而可观测到激发极化电常图2-3双电层形变示意图Figure2-3Deformationdiagramofdoubleelectriclayer（3）煤岩激发极化类型为了把问题简化，激发极化现象常被分为面极化和体极化。面极化的激发极化效应发生在极化体与围岩溶液的界面上，如一些金属矿和石墨；体极化的激发
2研究的理论基础13图2-2电子导体激发极化原理图Figure2-2Schematicdiagramofinducedpolarizationofelectronicconductor因此，激发极化的充电曲线实质是反映超电压随通电时间的延续而逐渐形成，并最终趋于饱和值；放电曲线反映断电后超电压分别通过溶液和导体放电，使界面电荷分布逐渐恢复到正常双电层状态。（2）离子导体激发极化效应机理离子导体的极化是由于电流作用使得溶液本身带电离子的分化转移。主要的假说都是基于岩石颗粒—溶液界面上的双电层的分散结构和分散区内存在可以沿界面移动的阳离子这一特点提出来的。其中比较代表性的假说之一是“双电层形变假说”。如图2-3所示，在外电流作用下，岩石颗粒表面双电层（图2-3-a）分散区中之阳离子发生位移，形成双电层形变（图2-4-b）；当外电流断开后，堆积的离子放电，以恢复到平衡状态（图2-3-c），从而可观测到激发极化电常图2-3双电层形变示意图Figure2-3Deformationdiagramofdoubleelectriclayer（3）煤岩激发极化类型为了把问题简化，激发极化现象常被分为面极化和体极化。面极化的激发极化效应发生在极化体与围岩溶液的界面上，如一些金属矿和石墨；体极化的激发
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于PML边界条件的二阶电磁波动方程GPR时域有限元模拟[J]. 王洪华,吕玉增,王敏玲,龚俊波,张智. 地球物理学报. 2019(05)
[2]构造煤地球物理响应特征及成因分析——以晋城矿区赵庄煤矿为例[J]. 邹冠贵,李来春. 矿业科学学报. 2018(05)
[3]AVO技术预测构造煤实例研究[J]. 金俊俊,陈同俊,李娟娟. 地球物理学进展. 2018(04)
[4]强变形构造煤等静压原煤柱状煤样制作方法[J]. 任建刚,翁红波,宋志敏,李冰,吕闰生. 煤矿安全. 2018(06)
[5]无线电波探测瓦斯富集区理论与方法[J]. 梁庆华,吴燕清,李云波,康跃明,仇念广. 煤炭学报. 2017(S1)
[6]煤复电阻率各向异性及其频率响应特征研究[J]. 郭晓洁,郇璇,宫伟东,张玉贵. 煤炭科学技术. 2017(04)
[7]地面—巷道直流电阻率法探测技术[J]. 刘树才,陈爽爽,许可. 煤炭学报. 2017(02)
[8]构造煤研究现状及展望[J]. 姜波,李明,屈争辉,刘杰刚,李伍. 地球科学进展. 2016(04)
[9]碎粉煤中孔隙特性及对冰冻响应试验研究[J]. 储小送,屈争辉,郭志军,姚磊,靖建凯,郭卫坤. 煤炭科学技术. 2015(09)
[10]构造煤复电性实验及其特征研究[J]. 郭晓洁,雷东记,张玉贵. 煤田地质与勘探. 2015(04)
博士论文
[1]多场源地空频率域电磁探测方法研究[D]. 周海根.吉林大学 2017
[2]构造煤地质—地球物理综合响应及其判识模型[D]. 陈红东.中国矿业大学 2017
[3]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
[4]煤岩体电性时频特征研究[D]. 杨彩.中国矿业大学 2017
[5]煤巷综掘双频激电法超前探测正反演及信号发送机研究[D]. 张金涛.中国矿业大学(北京) 2016
[6]地质构造对平顶山矿区煤与瓦斯突出的主控作用研究[D]. 闫江伟.河南理工大学 2016
[7]基于地震信息的煤与瓦斯突出预测与评价方法研究[D]. 崔大尉.中国矿业大学 2015
[8]煤巷综掘工作面聚焦双频激电法超前探测关键技术研究[D]. 刘志民.中国矿业大学(北京) 2015
[9]煤与瓦斯突出预测的岩性地震反演方法研究[D]. 李娟娟.中国矿业大学 2013
[10]构造煤结构演化及成因机制[D]. 李明.中国矿业大学 2013
硕士论文
[1]矿井直流电阻率法立体布极方式探测能力研究[D]. 刘汉.中国矿业大学 2019
[2]寺家庄矿构造煤物性特征及应用研究[D]. 童继强.太原理工大学 2017
[3]基于双模式并行电法采集系统的激发极化法实验研究[D]. 杨海平.中国矿业大学 2017
[4]阳泉新景煤矿构造煤发育规律及其对瓦斯赋存的控制机理[D]. 张坤鹏.中国矿业大学 2015
[5]煤电性参数的实验研究[D]. 孟磊.河南理工大学 2010
[6]考虑电磁效应的时间域谱激电法数值模拟研究[D]. 彭淼.中国地质大学（北京） 2009
[7]双频道激电和伪随机三频激电的三维正演数值模拟[D]. 叶庆华.中南大学 2008
[8]电磁波探测煤层突出危险性指标敏感性研究[D]. 康建宁.煤炭科学研究总院 2003
本文编号：3330019
本文链接：https://www.wllwen.com/shoufeilunwen/jckxbs/3330019.html
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