瞬变电磁法在煤矿应用中的研究

摘要

我国煤炭资源丰富，煤矿开采历史悠久。随着国民经济的发展，煤炭的需求量也不断提高。然而煤矿采空区(小煤窑和古空区)、煤矿地下火区和煤的风氧化带、断层和岩溶陷落柱等问题不同程度的制约着煤矿正常生产，甚至可给煤矿带来安全问题。因此探明煤矿采空区(小煤窑和古空区)、断层和岩溶陷落柱并对其含水性给出评价：准确探明煤矿地下火区和煤的风氧化带等是在煤矿安全生产迫切需要解决的问题。 目前探测方法较多，如地震勘探(二维和三维)、电法勘探(传导类和感应类)、氡气测量等物探方法均在煤矿得到了广泛的应用。然而由于各种物探方法的特点不同，受应用条件的限制，除构造类地质问题外，对地下煤层的火区(尤其足多层火区)，煤的风氧化带，以及采空区(充水与不充水)这些非构造类地质问题的探测仍有待研究。 本文以地下煤层火区、煤层风氧化带以及采空区可形成电性差异为基础，根据瞬变电磁法具有穿透高阻层能力强及随机干扰影响小，受地形影响小的特点，讨论了应用瞬变电磁法对其进行探测的可行性。 本文通过查阅大量的国内外文献，在较为详细地阐述瞬变电磁法基本理论和基本方法后，在地形较为复杂的山区进行了瞬变电磁法探测充水与不充水采空区的试验，得剑了有意义的结沦；并对瞬变电磁法进行了地形影响的试验，给出了地形对瞬变电磁法探测结果有影响的直观表述；通过资料分析与整理对实测数据进行了地形校正，并给出了地形校正公式。 最后作者采用瞬变电磁法对大同王村煤矿地下火区，和古交西曲煤矿北五盘区煤层风氧化带，进行了试验性的探测研究。探测结果通过与其它物探方法的对比和实地验证，表明在地形较为复杂的山区，应用瞬变电磁法探测煤矿地下采空区、地下火区和煤层的氧风化带不失为一种较为有效的手段，是有意义的，是值得研究的。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1研究意义和内容

1.1.1研究意义

1.1.2主要研究内容

1.2国内外瞬变电磁法研究现状

1.2.1国外研究现状

1.2.2国内研究现状

1.3瞬变电磁法在煤矿中的应用现状

1.4本文主要工作

第二章瞬变电磁的基本理论和仪器

2.1基本原理

2.1.1均匀大地的瞬变电磁响应

2.1.2水平导电薄层的上瞬变电磁场

2.1.3同点装置情况下层状大地的瞬变电磁场

2.2高阻围岩中导电球体的瞬变电磁场的表达式

2.3国外瞬变电磁系统简介

2.3.1加拿大PEM系统

2.3.2澳大利亚SIROTEM系统

2.3.3加拿大Geonic公司TEM系统

2.3.4原苏联的瞬变电磁系统

2.4国内仪器

第三章野外工作方法技术

3.1回线装置与回线的选择

3.1.1回线装置的类型

3.1.2不同回线装置瞬变曲线特征

3.1.3回线的选择

3.2野外工作方法

3.2.1测网设计

3.2.2工作步骤

3.3瞬变电磁法的特点

3.4瞬变电磁法的影响因素

3.4.1瞬变电磁系统中的电磁噪声

3.4.2功率——灵敏度

3.4.3回线边长

3.4.4地质噪声

3.5几种常用装置的比较与选择

3.5.1重叠回线与偶极装置的比较

3.5.2重迭回线与大定回线源装置的比较

第四章瞬变电磁法探测煤矿地下采空区及其对地形校正的尝试

4.1煤矿地下采空区与电性特征

4.2探测煤矿地下采空区的物探方法

4.3探测地下采空区的试验研究

4.3.1低阻采空区探测的试验研究

4.3.2高阻采空区探测实验

4.3.3不同采样频率对探测采空区的影响

4.4地形校正在探测采空区中的试验

4.4.1试验工作

4.4.2校正公式

4.4.3校正公式在煤矿采空区的应用对比

4.5小结

第五章瞬变电磁法在探测煤矿地下火区探讨

5.1国内外探测地下火区的研究状况

5.2瞬变电磁法探测地下火区的物理前提

5.3瞬变电磁法探测地下煤层火区的试验

5.3.1试验区概况

5.3.2试验采用的仪器与试验线布置

5.4试验结果与分析

5.5小结

第六章瞬变电磁法探测煤矿煤层风氧化带的尝试

6.1瞬变电磁法探测煤层风氧化带的物理前提

6.2瞬变电磁法探测煤层风氧化带的试验

6.2.1试验区概况

6.2.2煤层风氧化情况

6.2.3试验仪器情况

6.3瞬变电磁工作的实施

6.3.1试验工作的布置

6.3.2试验结果与分析

6.3.3验证情况

第七章结论与建议

7.1结论

7.2建议

参考文献

致谢

硕士期间发表的学术论文