巷道前方含水体的瞬变电磁响应及探测技术研究

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1、万方数据中图分类号：学科分类号：密级：公珏安徽理工大学博士学位论文巷道前方含水体的瞬变电磁响应及探测技术研究作者姓名：翅雄武专业名称：地厦工程研究方向：芷出垫厦塞塞皇随渔导师姓名：芒塞垩熬援堂垩松熬拯导师单位：丝壁生坯撞堂院答辩委员会主席：趔壁丕塾拯论文答辩日期：2014年6月1日安徽理工大学研究生处2014年6月9日万方数据ADissertationinGeologicalEngineeringSpecialtyI沁searchonTransientElectromagneticResponseofWaterAheadofTu

2、nnelandItsDetectionTechnologyCandidate：HuXiongwus印e砒or．粼鬻啷SchoolofEarthandEnvironmentAnHuiUniversityofScienceandTechnologyNo．168，ShungengRoad，Huainan，232001，P．R．CHINA万方数据独创性声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得塞

3、筮堡三太堂或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示谢意。学位论文作者签名：日期：丝上年j月!日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解塞徵堡三太堂有保留、使用学位论文的规定，即：研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属于趟理工大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权安徽理工大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。(保密的学

4、位论文在解密后适用本授权书)学位论文作者签名：坝爿莎叭签字日期：扣．降易月f。日导师张嘭砺签字日物舛⋯铂／l万方数据摘要近年来，随着我国煤炭资源开采向深部发展，巷道掘进呈现出多灾源地质特征，水害作为其中一个主要因素，已经严重影响到煤矿安全生产。当前，瞬变电磁技术已成为巷道掘进超前水害探查的主要手段之一，但受仪器设备、数据采集方式、数据处理与解释方法等限制，其测试效果还不能满足实际生产需求，因此积极开展巷道瞬变电磁超前探测技术研究具有重要的理论和实践意义。论文以现有研究成果为基础，对巷道掘进瞬变电磁超前探水技术进行研究，其中：(1

5、)通过对巷道瞬变电磁探测常规理论及解释方法的总结分析，推导了多匝方形小回线源瞬变场的阶跃响应公式，误差分析结果表明了其准确性；(2)通过对Maxwell方程组的时域有限差分算法进行系统研究，特别是对其中瞬变场源的设置进行改进，基于vC++．Net编制了3DFDTD程序，并结合巷道掘进地质条件，选择巷道前方立方体、板状体及柱状体含水模型进行数值模拟，揭示了不同模型条件下瞬变场的全空间扩散规律及回线中心异常场响应特征；(3)通过对数据采集系统、数据处理与解释方法研究，改进并形成了一整套巷道瞬变电磁超前探测技术。其中通过对仪器主机功能

6、及参数、回线装置形式及阻尼状态进行优化与匹配，提高了实测瞬变场数据的采集精度，特别是增强了早、中延时段数据采集质量的可靠性。结合巷道测试条件，对现有三断面观测方式的特点进行分析，提出四断面超前探测布置方式，增强对现场数据的观测力度。考虑仪器实际探测时存在电流关断时间，在充分分析关断时间对瞬变场源激励频谱和瞬变场的影响范围基础上，推导全空间条件下全程视电阻率计算方法，并通过对扇形观测条件下，不同角度测点在巷道前方形成的烟圈交汇特征分析，提出视电阻率扩散叠加解释方法；(4)针对掘进工作面干扰因素中锚杆干扰进行实验探讨，通过对井下两根

7、锚杆的测试，获得了锚杆的干扰范围及不同范围的干扰程度，一定程度上为现场数据采集与校正提供依据。通过构建井下水仓模型，对巷道前方25m处100m3水仓水量及其瞬变场响应的动态观测，获得巷道前方弱含水体的瞬变场响应特点。理论数据、物理实验及现场探查应用结果表明，改进形成的瞬变电磁超前探水系统对瞬变场数据采集具有优越性，其超前探测的电性成像效果良好。通过理论与实践研究，论文取得了对巷道瞬变电磁超前探水的诸多认识，所形成的瞬变电磁测试技术系统在现场探测中实用性强。由于瞬变电磁探测系统较为复杂，受时间限制，今后还需要在探测基础理论、含水体

8、弱信号提取、现场干扰因素校正等方面进行深入研究，为进一步提高掘进探水效果奠定坚实基础，确万方数据安徽理工大学博士学位论文保巷道掘进的安全生产。图[99】表【12】参[112】关键词：巷道超前探水；瞬变电磁法；瞬变场响应特征；数据采集系统；全程视电阻率算法；视电阻