【摘 要】
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矿井直流电法是煤矿井下采掘工作面含水地质异常体探测的主要方法之一,被广泛应用于探测掘进巷道迎头前方、煤层顶底板及巷道侧帮隐伏断层破碎带、导水通道等地质异常体,并在煤矿安全高效开采地质保障方面发挥了重要作用。但是,目前矿井直流电法超前探测的发展处于瓶颈期,存在探测目标不准和探测距离小等争议性问题,亟待进行探测理论的研究和探测方法的改进、提升与完善。本文主要采用数值模拟与物理模拟相结合的方法开展矿井直
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矿井直流电法是煤矿井下采掘工作面含水地质异常体探测的主要方法之一,被广泛应用于探测掘进巷道迎头前方、煤层顶底板及巷道侧帮隐伏断层破碎带、导水通道等地质异常体,并在煤矿安全高效开采地质保障方面发挥了重要作用。但是,目前矿井直流电法超前探测的发展处于瓶颈期,存在探测目标不准和探测距离小等争议性问题,亟待进行探测理论的研究和探测方法的改进、提升与完善。本文主要采用数值模拟与物理模拟相结合的方法开展矿井直流电法超前探测研究。在数值模拟部分,主要针对层状介质模型与边界效应问题开展研究。(1)分析了巷道空腔对超前探测的影响,研究结果表明:巷道空腔会导致超前探测视电阻率曲线的首支部分产生高阻畸变,通过比值法可以有效消除巷道的影响;(2)分析了均匀全空间中板状体与柱状体的超前探测异常响应特征,板状体异常响应强于柱状体;(3)对比了层状介质条件下不同形状、不同电性异常体在不同位置的异常响应特征,层状介质下视电阻率曲线的形态会发生变化,层状介质响应会在一定程度上掩盖异常体的响应特征,通过提取相对异常可以实现层状介质条件下的异常体识别;(4)在水平层状介质空间,煤层电阻率的变化对于低阻异常体的曲线形态影响相对较小,但对高阻体的影响较大;(5)研究了均匀空间中的边界效应影响,当计算区域小于一定数值时会导致视电阻率曲线尾支向上翘起,数值模拟中可以通过扩大计算区域避免边界效应的影响。在物理模拟部分,针对不同形状、不同电性、不同尺寸以及不同距离异常体的响应特征进行了研究。(1)构建了巷道模型、地质异常体模型及其辅助测量装置,巷道模型材料采用有机玻璃,低阻模型采用铜板和铜柱,高阻模型采用有机玻璃板,辅助装置包括有异常体模型吊架和巷道模型吊装横梁;(2)在物理模拟中,低阻体探测效果优于高阻体,板状低阻体异常响应强于柱状低阻体异常响应,尺寸越大异常响应越明显,与数值模拟结果基本一致;(3)物理模拟和数值模拟的视电阻率曲线整体变化趋势相似,物理模拟的探测距离比数值模拟的探测距离要小。
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