巷道频率域激电三维有限元正演及异常特征

摘要

随着我国对各种矿产资源需求的增大以及各种地下工程的开展，地下巷道工作面临着新的挑战。巷道附近可能存在不良地质体，如不提前探测，可能造成“塌方”、“矿山淹井”、“突水透水”等灾难性事故。近年来各种巷道灾难性事故频发，不仅严重威胁生产、施工人员的生命安全，还给国家造成重大经济损失。因此，煤田、矿山等巷道超前探测已经成为亟待研究和解决的重要工程科技难题。 本文针对煤田、矿山等巷道超前探水，隐伏陷落柱、构造裂隙等不良地质体探测的关键技术问题，从点源场基本方程出发，推导出了巷道点源场满足的边界条件及其变分问题，利用变步长三维全空间网格剖分、方程组压缩存储和快速求解技术，应用有限元数值模拟技术实现了巷道三维复杂条件下频率域激电的快速正演算法及程序。在三维正演基础上，分析了巷道空腔大小、不同测线对底板频率域激电探测的影响规律，并与时间域进行对比；分析了三极观测装置下不同异常体、异常体位于巷道不同位置在时间域和频率域激电探测下的异常特征；采用常用的单极-偶极观测装置，分析了低阻、高阻异常体位于巷道不同位置下频率对巷道频率域激电探测的影响规律；为巷道超前探测提供了理论依据并为后续的反演工作打好了基础。