环工作面电磁法底板突水监测技术研究

摘要

传统的物探方法如直流电法,瞬变电磁法,无线电波透视,震波CT等只是在某个时刻对工作面底板做静态的观测。工作面回采过程中,随着底板应力的释放,底板含水构造或裂隙会在底板承压水的作用下不断向上发育成为导水通道,最后冲破隔水层造成矿井底板突水事故。工作面底板的含水构造或裂隙是随着工作面回采不断变化的,因此需要一种方法能够对底板含水构造或裂隙的发育进行长期实时的监测,针对以上问题论文提出了采用环工作面电磁法对工作面底板突水进行监测的技术研究。
　　论文借鉴地面大定源回线瞬变电磁理论基础,根据采煤工作面的实际施工环境,提出了环工作面电磁法底板突水监测的研究思路。从理论研究、数值模拟和物理模拟实验等方面对环工作面电磁法做了大量研究工作,利用数值模拟结果,分析了环工作面电磁法在全空间层状介质、不同位置异常体、不同深度异常体、多个异常体存在时磁场强度在不同测线、不同测点的衰减变化情况及磁场强度在二维平面上的分布规律。通过物理实验模拟了均匀全空间,不同位置异常体、不同深度异常体的响应。通过数值模拟和物理实验结果分析,在环工作面回线内任一点接收到的感应信号对工作面底板下的不同含水异常体都有较明显的响应,可用于预测工作面底板的突水信息,为环工作面电磁法观测系统的设计提供了理论依据。根据数值模拟及物理模拟实验结果,提出了环工作面电磁法底板突水监测系统。结合底板含水裂隙顶部与底板之间的距离大小,提出了利用电磁响应信号来表述底板突水系数的方法,并将电磁响应突水系数划分为三级突水预测阈值:突水提醒阈值、突水警告阈值、突水报警阈值。
　　通过以上研究,验证了环工作面电磁法底板突水监测技术的可行性,为后续的仪器研制和实际应用奠定了坚实的理论基础。

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1 绪论

1.1 研究背景及意义(Background and Significance)

1.2 国内外研究现状(The Research Status)

1.3 研究内容(Research Contents )

2 环工作面电磁法理论

2.1 磁偶极子激发的电磁场(Electromagnetic Field of Magnetic Dipole)

2.2 环工作面电磁法激发的电磁场(Encircling Face Electromagnetic Field)

2.3 环工作面电磁法电磁场的求解(Solution of Encircling Face Electro-magnetic )

2.4 有限元电磁场分析基本原理( Principle of Electromagnetic Field Finite Element Analysis)

2.5 本章小结(Summary)

3 环工作面电磁法数值模拟

3.1 模型设计(Model Design)

3.2 模拟方案(Modeling Scheme)

3.3 全空间层状介质响应特征(Response of Whole Space Layered Media )

3.4 不同深度异常体响应特征(Response Characteristics of Different Depth Abnormal Body)

3.5 不同位置异常体响应(Response of Different Position Abnormal Body)

3.6 多个异常体响应特征(Response of Multiple Abnormal Body)

3.7 本章小结(Summary)

4 环工作面电磁法物理模拟4 Physical Simulation

4.1 物理模拟相似性准则(Physical Modeling Similarity Criteria)

4.2 物理模拟实验方案设计(Physical Simulation Experiment Scheme Design)

4.3 均匀全空间响应特征(Response Characteristics of Uniform Whole Space )

4.4 不同位置异常体响应特征(Response of Different Position Anomaly)

4.5 不同深度异常体响应特征(Response of Different Depth Anomaly)

4.6 本章小结(Summary)

5 环工作面电磁法监测技术

5.1环工作面电磁法监测系统(Encircling Face Electromagnetic Monitor-ing System)

5.2 突水系数及阈值确定(Water Inrush Coefficient Threshold)

5.3 突水系数阈值实例计算(Water Inrush Coefficient Threshold Calcula tional Examples)

5.4 本章小结(Summary)

6 结论与展望

6.1 研究结论(Conclusion)

6.2 展望（Prospect）

参考文献

作者简历

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