多層采空區(qū)地面-巷道瞬變電磁探測(cè)理論與方法研究結(jié)題摘要

當(dāng)前，采空區(qū)積水是誘發(fā)我國(guó)煤礦特大突水災(zāi)害事故的主要原因之一。礦井瞬變電磁技術(shù)、礦井直流電法技術(shù)的應(yīng)用，大大提高了礦井防治水水平，由于受技術(shù)本身?xiàng)l件所限，仍無法滿足煤礦防治水工作的精細(xì)探查要求，急需研究適用于我國(guó)煤礦特有條件下，更為先進(jìn)、更為有效的高分辨率地球物理探測(cè)技術(shù)。地面—巷道瞬變電磁技術(shù)具備了地面、井下地球物理探測(cè)技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)克服了兩者的缺點(diǎn)，有望成為多層采空區(qū)有效探測(cè)的最佳方法。 本項(xiàng)目主要研究?jī)?nèi)容為：①大回線源瞬變電磁場(chǎng)3D數(shù)值模擬計(jì)算方法；②大回線源地表下半空間內(nèi)任意點(diǎn)的瞬變電磁場(chǎng)的時(shí)空響應(yīng)特征；③地面發(fā)射巷道接收時(shí)多層采空區(qū)不同組合方式下瞬變電磁場(chǎng)時(shí)空響應(yīng)差異；④地面-巷道瞬變電磁探測(cè)結(jié)果的表征與解釋方法。 項(xiàng)目重要結(jié)果： 1）一維層狀模型數(shù)值模擬結(jié)果表明，早期，瞬變電磁場(chǎng)由淺至深、由回線邊緣至回線中心逐步擴(kuò)散；晚期，在整個(gè)擴(kuò)散區(qū)域的瞬變電磁場(chǎng)在垂向上趨于均勻，不同深度上的瞬變電磁響應(yīng)信號(hào)存在明顯差異，說明多層采空區(qū)地面—巷道瞬變電磁法的理論可行性。 2）3D數(shù)值模擬與物理模擬結(jié)果表明，①地面—巷道瞬變電磁法由于觀測(cè)點(diǎn)位于地下巷道中，可以屏蔽地面干擾信號(hào)，相對(duì)地面瞬變電磁法而言距探測(cè)目標(biāo)體更近，其響應(yīng)幅值高，抗噪能力強(qiáng)，結(jié)果更加可靠；②對(duì)于積水采空區(qū)，當(dāng)水平范圍較大時(shí)，傳統(tǒng)地面瞬變電磁法與地面—巷道瞬變電磁法均有較好的探測(cè)效果，但當(dāng)水平范圍分布較小時(shí)，地面—巷道瞬變電磁法分辨更高，優(yōu)勢(shì)更加明顯；③地面-巷道瞬變電磁法對(duì)采空區(qū)的探測(cè)效果均隨著厚度的增加而增強(qiáng)，但當(dāng)?shù)妥璨煽諈^(qū)厚度小于50m以及高阻采空區(qū)厚度大于20m時(shí)，該方法探測(cè)效果更好，地面-巷道瞬變電磁法對(duì)高阻采空區(qū)的分層能力較低，而對(duì)低阻采空區(qū)的層位識(shí)別能力較強(qiáng)。 3）在山西朔州東易煤礦與陽(yáng)煤一礦進(jìn)行了工程實(shí)踐，成功圈定了采空積水邊界。 該項(xiàng)目的科學(xué)意義在于系統(tǒng)地研究了地面—巷道瞬變電磁技術(shù)的基礎(chǔ)理論與應(yīng)用方法，豐富了我國(guó)礦井災(zāi)害水源探測(cè)的技術(shù)手段，開拓了瞬變電磁新的探測(cè)方法，有望提高我國(guó)礦井防治水技術(shù)水平，也為深部水源污染實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)提供了潛在技術(shù)儲(chǔ)備，具有較高的理論意義與現(xiàn)實(shí)應(yīng)用意義。 2100433B

采空區(qū)積水是誘發(fā)我國(guó)煤礦特大突水災(zāi)害事故的主要原因之一。基于地面、井下兩種地球物理探查技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)，提出了多層采空區(qū)地面-巷道瞬變電磁探測(cè)的方法技術(shù)。擬采取數(shù)值模擬、物理實(shí)驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試等手段對(duì)大回線源地表下半空間內(nèi)任意點(diǎn)的瞬變電磁場(chǎng)的時(shí)空響應(yīng)特征進(jìn)行研究，重點(diǎn)研究不同空間方位低阻薄板異常體地面-巷道探測(cè)方式下瞬變電磁場(chǎng)空間響應(yīng)差異，實(shí)現(xiàn)多層采空區(qū)積水層位識(shí)別，采空區(qū)積水邊界的圈定，并探討地面-巷道方式瞬變電磁探測(cè)結(jié)果的表征與解釋方法，進(jìn)而建立該方法的理論基礎(chǔ)。該方法的成功應(yīng)用必將豐富礦井水文地質(zhì)探查的技術(shù)手段，同時(shí)也能提高我國(guó)礦井防治水技術(shù)水平，為礦井安全生產(chǎn)提供保障，具有較高的理論意義與現(xiàn)實(shí)意義。

盡管隧道結(jié)構(gòu)表面病害的快速探測(cè)方法已經(jīng)趨于成熟，但是隧道結(jié)構(gòu)內(nèi)部病害的快速探測(cè)方法還是一個(gè)尚未得到很好解決的難題。為此，本研究提出應(yīng)用列車瞬變電磁法，考慮隧道全空間瞬變電磁近場(chǎng)效應(yīng)特征，對(duì)隧道結(jié)構(gòu)內(nèi)部病害快速探測(cè)方法開展研究，主要對(duì)以下問題開展研究： (1) 天線形式、布置及最佳參數(shù)； (2) 列車探測(cè)速度、天線發(fā)接頻率和近場(chǎng)盲區(qū)干擾源影響探測(cè)精度的規(guī)律； (3) 快速分塊采集、定位和合并方法； (4) 數(shù)學(xué)濾波和快速反演方法； (5) 建立智能數(shù)據(jù)庫(kù)，形成反演結(jié)果的智能評(píng)價(jià)體系。 本研究首次提出了一種新型的隧道結(jié)構(gòu)內(nèi)部病害快速探測(cè)方法，為隧道結(jié)構(gòu)維護(hù)提供了新的技術(shù)手段和保障。

盡管隧道結(jié)構(gòu)表面病害的快速探測(cè)方法已經(jīng)趨于成熟，但是隧道結(jié)構(gòu)內(nèi)部病害的快速探測(cè)方法還是一個(gè)尚未得到很好解決的難題。為此，本研究提出應(yīng)用列車瞬變電磁法，考慮隧道全空間瞬變電磁近距離效應(yīng)特征，對(duì)隧道結(jié)構(gòu)內(nèi)部病害快速檢測(cè)方法開展研究，主要對(duì)以下問題開展研究： 1，天線形式，布置和最佳參數(shù)； 2，列車探測(cè)速度，天線接發(fā)頻率和近距離盲區(qū)干擾源影響探測(cè)精度的規(guī)律； 3，快速分塊采集，定位和合并方法； 4，數(shù)學(xué)濾波和快速反演方法； 5，建立智能數(shù)據(jù)庫(kù)，形成反演結(jié)果的智能評(píng)價(jià)體系。 2100433B