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煤矿积水采空区瞬变电磁法探测技术研究

解海军  
【摘要】: 近年来,老窑采空区透水成为煤矿突水的显著特点之一,给煤矿的安全生产带来极大的威胁。采空区赋存大多没有什么规律可言,其分布往往是孤立、不连续的,从而造成其探测成为一个难点。瞬变电磁法(TEM)作为积水采空区的一种探测手段,有着独特优势和显著效果。论文针对TEM探测积水采空区常见的几个关键技术进行了系统的研究,取得以下几个方面的研究成果: 通过煤系地层中发育的单层积水采空区、充气高阻采空区、多层采空区等不同地电模型的数值正演计算,分析了不同条件下采空区的瞬变电磁响应和断面反映特征。对高阻围岩中的积水采空区而言,瞬变电磁法信号反映明显,而对于充气等高阻采空区,曲线上和断面上反应微弱,难以显示采空位置。 瞬变电磁法探测煤矿积水采空区常用的装置为大定源-中心回线组合方式,由此产生的边框效应问题本文进行了系统的理论分析和数值模拟。计算显示,在发射框内,不同的地方其一次场差别很大,在中心处其场值最大。均匀半空间和层状地电模型的二次场分析显示,不同发射边长的垂直磁场响应,在相同偏移距下的衰减率不尽相同,在偏移距为零时,垂直磁场能量最强。在发射框的中心约1/3发射面积范围内激发场强变化较小,基本可以认为是均匀场。 简要分析了瞬变电磁法探测时的干扰类型,对于噪音在曲线上的表象特征进行了分析。从小波分析理论出发,对干扰的识别和压制进行了论述,采用了Lipschitz指数α的变化特性来区分异常和非异常。通过实例的噪音压制,说明了这种压制干扰的可行性。对于地形产生的干扰,本文也进行了分析和研究,并从实践方面进行了地形校正效果分析。 附加效应产生的机理很复杂,试验表明,浅层的积水采空区的附加效应对瞬变电磁信号的影响很大,不能将这种现象简单的归结为干扰,本文从理论上分析了附加效应产生的原因,实例证明将附加效应应用到积水采空区的探测中能取得理想的效果。 在采用瞬变电磁法探测煤矿积水采空区的时候,要注意选取不同的工作参数。文中针对不同地质情况的采空区实例探测表明,TEM对煤矿积水采空区的探测具有良好效果。


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