瞬变电磁法探测煤矿水害应用研究

论文摘要

瞬变电磁法(Transient Electromagnetic Method)简称TEM,属于感应类电磁探测方法。该方法具有简便、快捷、对低阻体敏感等优点,广泛的应用于矿产资源勘探、环境地质调查、水文地质与工程地质调查等领域,已成为煤矿水害探测最为有效的方法,为矿井安全生产提供了有力的保证。本文侧重于实际应用,对瞬变电磁法探测煤矿水害的机理、数值模拟计算、资料处理解释方法等方面进行探讨研究。从麦克斯韦方程出发,对目前普遍应用的TEM同心装置,推导了水平层状介质下的瞬变响应表达式;简要介绍了几种常用的反演解释方法;针对煤矿归纳了影响瞬变电磁法资料所涉及的几种主要干扰类型,针对各类噪声的特点分析了50Hz工频电噪声及高值噪声的抑制方法。探讨了煤矿开采区勘探时非涡流直接引起的瞬变响应的识别与抑制方法、地形影响校正方法、金属构件影响校正方法等;由于瞬变电磁法正反演理论都是建立在垂直阶跃电流激发条件下的,而实际激发电流不能立即关断,要有一定延迟,其波形不是方波,所以要进行校正。基于此,推导了关断电流斜坡情况下的响应表达式,给出了简便的校正方法;介绍了有限单元法求解二、三维瞬变电磁响应的基本理论,综合一般煤矿地电特征,并根据煤矿开采的特点简化设计典型水害地电模型,进行正演计算。结果表明,对于积水采空区和直立导水断层等水害源,电阻率断面图和多测道曲线异常表现明显,但低阻异常从浅层到深层贯通,有拖长现象。实际应用印证了正演模拟的结论,同时取得了良好的地质效果和社会效益,为煤矿安全高效生产提供了有力保证。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 选题的必要性和现实意义
• 1.2 瞬变电磁法研究现状
• 1.3 瞬变电磁法简介
• 1.4 大地的电磁学特征
• 1.5 本文主要研究内容
• 第二章 瞬变电磁法勘探基本理论
• 2.1 水平层状大地上圆回线源在地表形成的频域电磁场
• 2.2 大回线源形成的瞬变电磁场
• 2.3 瞬变电磁法反演解释方法
• 第三章 煤矿瞬变电磁法工作方法技术
• 3.1 矿区瞬变电磁法勘探中的干扰类型
• 3.2 电磁干扰的抑制
• 3.3 斜坡效应及改正
• 3.4 非涡流直接引起的瞬变响应识别讨论
• 3.5 地形影响及其校正
• 3.6 金属构件影响与校正
• 第四章 水害模型计算
• 4.1 用有限元方法求解的基本理论
• 4.2 煤矿水害三维模型计算与分析
• 第五章 应用实例
• 5.1 阳煤二矿
• 5.2 大同云冈矿
• 5.3 大同白洞矿
• 5.4 哈密煤业集团井采公司
• 5.5 邢台矿区
• 结论
• 参考文献
• 攻读学位期间取得的研究成果
• 致谢