矿井高密度电阻率法数据处理及其应用研究

论文摘要

本文在国内外高密度电阻率法研究基础上,从理论与实践相结合的角度进一步探讨了矿井高密度电阻率法的相关应用问题,通过实例验证了本文提出的新方法在解决矿井水文地质问题上具有更高的准确性和优越性。针对实际工作中存在的问题,提出了具体的解决方案和处理手段。首先分析讨论了均匀介质、层状介质全空间地电问题和含巷道均匀围岩介质中的全空间点电源场的特征及均匀围岩介质中的双异极性点电源场的巷道影响和均匀围岩介质中的轴向偶极子场的巷道影响,总结了不同装置下巷道影响校正公式。其次由于矿井电法工作中干扰较大,严重影响观测数据的质量,将噪声分为人为噪声和随机噪声。人为噪声的消除采用相邻视电阻率数据比值插值法,通过对四种典型地质模型的正演模拟和实测数据分析确定了合理的bi阈值:0.25～4,其中bi=ρs（i+1）/ρs（i）,i为测点编号。当实测数据比值超出这一范围,将第i+1个数据点视为人为噪声引起的异常点。随机噪声的消除根据小波变换理论,采用阈值去噪方法。为了克服软、硬阈值函数的缺陷,本文构造了软、硬折中的新阈值函数。结合矿井高密度电阻率法数据的特点,各分解层阈值的选取采用了线性软阈值方法。然后从二维有限元基本理论出发,完成了高密度电阻率法的二维有限元正演模拟流程。反演计算采用基于圆滑约束最小二乘法的计算机程序,使用了基于准牛顿最优化非线性最小二乘新算法,使得海量数据的计算速度较常规最小二乘法快10倍以上且占用内存较少。最后通过两个实例验证,该方法处理下的反演结果和实际情况更加吻合。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 课题的提出及研究意义
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 研究内容和技术路线
• 1.4 小结
• 2 矿井高密度电阻率法勘探
• 2.1 引言
• 2.2 矿井高密度电阻率法原理
• 2.3 矿井高密度电阻率法工作方法
• 2.4 矿井全空间电流场的特征
• 2.5 巷道对矿井直流电法勘探的影响
• 2.6 小结
• 3 高密度电阻率法数据处理研究
• 3.1 引言
• 3.2 数据噪声的来源
• 3.3 数据去噪处理
• 3.4 小结
• 4 高密度电阻率法正演、反演计算
• 4.1 引言
• 4.2 有限单元法的基本思想
• 4.3 圆滑约束最小二乘法反演
• 4.4 实验分析
• 4.5 小结
• 5 矿井高密度电阻率法的应用
• 5.1 引言
• 5.2 汉南煤矿41106工作面西下巷高密度电法勘探
• 5.3 良庄煤矿21515东工作面轨道巷高密度电法勘探
• 5.4 小结
• 6 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 致谢
• 参考文献
• 研究生期间参与的科研项目和发表的论文