老窑采空积水区探测中数据处理方法的研究

摘要

采空区积水（尤其是老窑采空区积水）具有未知性和突发性，突水时冲击力极强，通常有瞬间淹井的危险，从而造成井下人员伤亡，严重影响到煤矿的安全生产。瞬变电磁法具有对含水体（低阻体）灵敏、工作效率高、仪器设备轻便，在矿产资源勘探、构造探测、水文地质勘探、工程地质以及环境地质调查等众多领域都有着广阔的应用发展前景，是煤矿采空积水区探测的首选方法。由于地质、地球物理条件的复杂性、地球物理技术的多解性，瞬变电磁法方法目前还处于理论研究、实践经验积累的阶段。煤矿采空区（采空积水区）的勘探方法研究还处于发展阶段，勘探手段与理论均不甚完善，还需进一步研究。从目前发表的文献来看，系统的研究、分析总结采空区（积水区）瞬变电磁响应特征方面涉及还较少，尚需进行进一步的系统研究。
　　本论文首先从瞬变电磁法2.5D正演模拟理论研究的角度出发，在总结桑树坪煤矿的地电结构及煤矿采掘的特点设计简化的煤矿积水采空区理论模型，计算2.5D瞬变电磁响应曲线，根据正演模拟结果来分析该区简化的积水采空区地电模型瞬变电磁响应特征，为在研究区域内采用瞬变电磁法探测煤矿采积水区提供处理、分析和解释依据。理论分析认为在被探测的采空区具备地球物理前提条件下，瞬变电磁法对积水采空区反映明显，横向分辨率高；采空区积水埋藏深度越浅，瞬变电磁法的应用效果越明显，但存在“延时”效应，纵向分辨率较低；在定性解释的基础上采用有效的反演方法对所采集的数据进行定量反演解释可有效提高纵向分辨率，从而有可能分辨多层采空积水区；理论分析认为，TEM对不积水采空区反映不明显。利用研究成果在桑树坪煤矿采空积水区进行应用成果表明，瞬变电磁法在积水采空区探测中的应用效果良好，值得推广。

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1 绪论

1.1 选题背景及研究意义

1.1.1选题背景

1.1.2 研究意义

1.2 国内外研究现状及发展动态

1.2.1国内外研究现状

1.2.2国内外发展动态

1.3研究内容、方法及技术路线

1.3.1 研究内容

1.3.2 研究方法及技术路线

2 瞬变电磁场2.5D有限差分法数值模拟

2.1 瞬变电磁场2.5D正演理论

2.1.1 频率域Maxwell方程

2.1.2 空间傅里叶变换

2.1.3 波数域中电磁场方程

2.1.4 空间差分方程

2.1.5 磁偶源在均匀全空间激发的场（初始条件值）

2.1.6 16点空间波数kx的确定

2.1.7 频率域转换为时间域的Guptasarma算法

2.1.8 瞬变电磁法视电阻率定义

2.2 典型采空区模型数值模拟

2.2.1 单层采空区地质模型

2.2.2 双层积水采空区地质模型

2.3本章小结

3 瞬变电磁数据处理与解释

3.1一维反演技术

3.2 一维反演技术应用效果分析

3.3 本章小结

4 瞬变电磁法在老窑采空积水区探测中的应用

4.1工程概况

4.1.1 测区范围

4.1.2 地质任务

4.2地质概况与地球物理特征

4.2.1 井田地层

4.2.2 可采煤层

4.2.3 井田构造

4.2.4 水文地质

4.2.5 井田及周边地区老窑水分布状况

4.2.6 地球物理特征

4.3野外数据采集

4.3.1 施工方法选择及仪器简介

4.3.2 试验工作

4.3.3 施工布置与工作量统计

4.3.4 执行的技术规范

4.3.5 资料质量评述

4.4资料处理方法及解释原则

4.4.1 资料处理方法和流程

4.4.2 视电阻率转换计算

4.4.3 时间道断面图绘制

4.4.4 瞬变电磁数据反演

4.4.5 平面图绘制与异常提取

4.4.6 资料解释原则

4.5成果图件分析与评价

4.5.1 电阻率-深度断面图反映特征

4.5.2 平面图反映特征

4.5.3 主采煤层采空区含水性分析

4.6 本章小结

5 结论及展望

5.1 结论

5.2 展望

致谢

参考文献