多层采空区地面-巷道瞬变电磁探测响应特征研究

摘要

采空区积水是诱发我国煤矿特大突水灾害事故的主要原因之一。随着煤矿开采深度的增加，许多矿区面临着多层采空区探测问题，综合地面瞬变电磁与矿井瞬变电磁的优点，地面-巷道瞬变电磁探测技术有望成为探测多层采空区的有效方法之一。本文采用理论推导、数值模拟、现场实验等手段对地面-巷道瞬变电磁探测技术采空区的可行性进行了分析研究。
　　首先简要介绍了地面-巷道瞬变电磁法的工作方法，基于一维层状的理论公式，简要分析了地面-巷道瞬变电磁法的数值模拟方法以及该方法的正演模拟流程。
　　基于采空区的地质特征，建立了相应的地球物理模型，对地面观测、地面发射井下巷道中接收两种方式下不同采空区的电位响应特征进行了数值模拟。模拟结果显示：
　　（1）对于单层采空区，无论充水与否（高阻与低阻），井下巷道中接收的异常响应幅值高于地面探测的响应幅值，表明地面-巷道瞬变电磁探测对单层采空区分辨率优于地面瞬变电磁探测。
　　（2）对于双层采空区，与单层采空区一样，地面-巷道瞬变电磁探测对其分辨率优于地面瞬变电磁探测；地面-巷道瞬变电磁法对双层高阻采空区的探测效果比单层高阻采空区差，对双层低阻采空区的探测效果比单层低阻采空区好；当存在上层高阻下层低阻或上层低阻下层高阻采空区时，地面-巷道瞬变电磁法对低阻采空区的探测效果更好，而对于高阻采空区的探测效果很弱。上述结果表明地面-巷道瞬变电磁法能够有效分辨双层采空区。
　　（3）随着采空区与其围岩的电性差值逐渐增大，该方法对采空区的探测效果逐渐增强；地面-巷道瞬变电磁法对采空区的探测效果随着厚度的增加而增强，当高阻采空区厚度大于20m以及低阻采空区厚度小于50m时，该方法探测效果更好；地面-巷道瞬变电磁法对高阻采空区的层位置识别度较低，对低阻采空区的层位置具有很高的识别度。
　　在山西朔州某煤矿进行了积水采空区地面瞬变电磁探测与地面-巷道瞬变电磁探测的实际对比试验，结果显示，地面-巷道瞬变电磁法探测效果好于地面瞬变电磁法，进而证实了该方法的实际可行性。

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变量注释表

1绪论

1.1研究背景与意义(Research Background and Significance)

1.2国内外研究现状(Related Research at Home and Abroad )

1.3本文研究的主要内容（The Main Content of This Paper）

2地面-巷道瞬变电磁技术基本原理

2.1 地面-巷道瞬变电磁法正演理论(Forward Theory of Ground-Tunnel TEM)

2.2地面-巷道瞬变电磁法工作方法(Work Method of Ground-Tunnel TEM)

2.3 本章小结（Summary）

3采空区地面-巷道瞬变电磁响应正演模拟

3.1正演模拟模型设置依据(Model Setting Basis of Forward Modeling)

3.2 不同电性特征模型地面-巷道瞬变电磁响应特征分析(Response Characteristic Analysis of Ground-Tunnel TEM about Models With Different Electrical Characteristics)

3.3本章小结（Summary）

4不同参数采空区地面-巷道瞬变电磁响应特征分析

4.1 不同参数单层模型响应特征分析(Response Characteristic Analysis of Single Layer Model with Different Parameters)

4.2 不同参数双层模型响应特征分析(Response Characteristic Analysis of Double Layer Model with Different Parameters)

4.3 本章小结（Summary）

5现场试验

5.1试验内容（Test Content）

5.2试验结果（The Test Results）

5.3本章小结（Summary）

6结论与展望

6.1 研究结论(Conclusions)

6.2 展望(Prospect)

参考文献

作者简历

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