煤礦采掘工作面多場聯(lián)合探測技術(shù)及突水災(zāi)害源預(yù)報(bào)研究
課題根據(jù)煤礦水害事故及當(dāng)前主要水害隱患，在系統(tǒng)收集和整理煤田地質(zhì)、礦井地質(zhì)、水文地質(zhì)資料的基礎(chǔ)上，以煤礦采掘工作面突水災(zāi)害為研究背景，綜合運(yùn)用理論分析、數(shù)值模擬和多場聯(lián)合物探技術(shù)相結(jié)合的方法，對滲流-應(yīng)力耦合作用下的突水機(jī)理進(jìn)行分析，采用直流電法、電磁法和多波地震法為主要手段，開展多場聯(lián)合探測技術(shù)的有效性研究，研究數(shù)據(jù)的綜合處理與融合技術(shù)，確定多場聯(lián)合探測技術(shù)體系，提高對異常體的空間分辨力，提高巷道掘進(jìn)速度和安全系數(shù)。
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目錄
第1章 緒論 1
1.1 研究背景及意義 1
1.2 煤礦異常體綜合探測技術(shù)研究進(jìn)展 2
1.2.1 地球物理勘探技術(shù)研究進(jìn)展 2
1.2.2 綜合物探技術(shù)研究進(jìn)展 7
1.3 主要研究內(nèi)容與技術(shù)路線 8
1.3.1 研究目標(biāo) 8
1.3.2 主要研究內(nèi)容 8
1.3.3 技術(shù)路線 10
1.3.4 擬解決的關(guān)鍵問題 11
第2章 礦井直流點(diǎn)電源全空間電場條件下異常體響應(yīng)特征 12
2.1 礦井直流電法超前探測原理 12
2.2 礦井直流電法超前探測影響因素?cái)?shù)值模擬分析 15
2.2.1 各向同性均勻介質(zhì)全空間電場模擬分析 17
2.2.2 巷道開挖影響模擬分析 19
2.2.3 非均勻介質(zhì)全空間電場模擬分析 21
2.2.4 巷道前方高阻異常體對電場影響模擬分析 24
2.2.5 巷道前方低阻異常體對電場影響模擬分析 27
2.2.6 全空間電場分布影響因素及異常體響應(yīng)特征綜合分析 29
2.3 礦井直流電法超前探測實(shí)例分析 31
2.3.1 進(jìn)風(fēng)石門迎頭直流電法超前探測分析 31
2.3.2 軌道順槽直流電法超前探測分析 32
第3章 高密度電法不同裝置下異常體響應(yīng)特征 33
3.1 高密度電法正、反演基本原理 34
3.1.1 二維高密度電法正演原理 34
3.1.2 高密度電法最小二乘法反演原理 35
3.2 二維高密度電法不同裝置條件下異常體探測模擬分析 35
3.2.1 地電模型設(shè)計(jì) 35
3.2.2 正演模擬結(jié)果對比分析 37
3.2.3 反演模擬結(jié)果對比分析 37
3.2.4 不同裝置的靈敏度、分辨率及勘探深度分析 39
3.3 高密度電法不同裝置水槽試驗(yàn)對比分析 39
3.3.1 水槽試驗(yàn)裝置設(shè)計(jì) 40
3.3.2 數(shù)據(jù)解譯與對比分析 40
3.4 礦井工作面底板電法勘探效果分析 42
3.4.1 井下探測方案設(shè)計(jì) 42
3.4.2 電法資料分析與解釋 43
3.4.3 電法探測結(jié)果綜合分析 46
第4章 地質(zhì)異常體瞬變電磁法(TEM)響應(yīng)特征 48
4.1 瞬變電磁法基本原理 48
4.2 地質(zhì)異常體全空間瞬變電磁場響應(yīng)模擬分析 51
4.2.1 瞬變電磁法有限元模擬基本理論 51
4.2.2 共軸裝置異常體響應(yīng)模擬分析 53
4.2.3 共軸裝置不同類型異常體響應(yīng)對比分析 57
4.2.4 共面裝置不同類型異常體響應(yīng)對比分析 63
4.3 瞬變電磁法關(guān)斷效應(yīng)與試驗(yàn)分析 68
4.3.1 試驗(yàn)區(qū)地質(zhì)特征與試驗(yàn)參數(shù)選擇 70
4.3.2 電流關(guān)斷過程中一次場、二次場變化規(guī)律 71
4.3.3 電流關(guān)斷后純二次場變化規(guī)律 73
4.4 不同裝置條件下地質(zhì)異常體響應(yīng)特征探測分析 76
4.4.1 共軸裝置異常體探測分析 76
4.4.2 共面裝置異常體探測分析 82
4.4.3 大定源裝置異常體探測分析 85
第5章 地質(zhì)異常體頻率域電磁法(FEM)響應(yīng)特征 90
5.1 CSAMT基本原理 92
5.1.1 卡尼亞視電阻率計(jì)算公式 92
5.1.2 視相位計(jì)算公式 92
5.1.3 CSAMT探測深度 93
5.2 CSAMT二維有限單元正演模擬 93
5.2.1 CSAMT二維有限單元正演模擬基本原理 93
5.2.2 斷層模擬分析 96
5.2.3 含水陷落柱模擬分析 99
5.2.4 含水采空區(qū)模擬分析 101
5.2.5 高阻采空區(qū)模擬分析 103
5.3 可控源音頻大地電磁法勘查實(shí)例 105
第6章 地質(zhì)異常體高頻電磁波場響應(yīng)特征 107
6.1 探地雷達(dá)工作原理 107
6.2 煤礦井下常見介質(zhì)的介電特性分析 109
6.3 雷達(dá)高頻電磁波在煤巖巷中傳播的衰減機(jī)理 111
6.4 探地雷達(dá)正演模擬基本原理 112
6.5 煤礦井下構(gòu)造探地雷達(dá)正演模擬 113
6.5.1 地電模型設(shè)計(jì) 113
6.5.2 高阻采空區(qū)模擬分析 115
6.5.3 低阻采空區(qū)模擬分析 116
6.5.4 地塹模擬分析 117
6.5.5 地壘模擬分析 117
6.6 探地雷達(dá)異常體探測分析 118
第7章 異常體地震波場響應(yīng)數(shù)值模擬與實(shí)踐分析 120
7.1 地質(zhì)異常體地震波場正演模擬 120
7.1.1 地震波正演模擬有限差分方法 121
7.1.2 異常體地震波場正演模擬分析 123
7.2 淺層三維地震勘探與異常體響應(yīng)分析 129
7.2.1 測區(qū)地質(zhì)概況 129
7.2.2 三維地震資料處理的關(guān)鍵技術(shù) 130
7.2.3 層位對比分析與解釋 140
7.2.4 煤層厚度趨勢解釋 143
7.2.5 斷層響應(yīng)特征與解釋 145
7.2.6 采空區(qū)響應(yīng)特征與解釋 149
7.2.7 巖溶及陷落柱響應(yīng)特征與解釋 149
7.3 井下多波多分量地震勘探與異常響應(yīng)分析 152
7.3.1 礦井多波地震勘探原理 153
7.3.2 煤層風(fēng)氧化帶多波地震探測分析 155
第8章 異常體多場聯(lián)合探測技術(shù)體系與實(shí)踐分析 162
8.1 煤田地球物理勘探技術(shù)及分析 162
8.2 煤田物探技術(shù)的適用性 163
8.3 異常體多場聯(lián)合探測技術(shù)體系 166
8.4 煤田地質(zhì)多場聯(lián)合探測技術(shù)實(shí)踐分析 169
8.4.1 工作面突水注漿效果綜合物探檢測 169
8.4.2 回采工作面底板富水性綜合探測 186
8.4.3 掘進(jìn)工作面多場聯(lián)合探測實(shí)例分析 196
參考文獻(xiàn) 199
附錄 209
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