Finite element numerical simulation of 2.5D direct current method based on mesh refinement and recoarsement

To deal with the problem of low computational precision at the nodes near the source and satisfy the requirements for computational efficiency in inversion imaging and finite-element numerical simulations of the direct current method, we propose a new mesh refinement and recoarsement method for a two-dimensional point source. We introduce the mesh refinement and mesh recoarsement into the traditional structured mesh subdivision. By refining the horizontal grids, the singularity owing to the point source is minimized and the topography is simulated. By recoarsening the horizontal grids, the number of grid cells is reduced significantly and computational efficiency is improved. Model tests show that the proposed method solves the singularity problem and reduces the number of grid cells by 80% compared to the uniform grid refinement.

Clay Minerals Channels Identification in the Tindikala-Boutou Area (Eastern-Cameroon) along the Kadey River Using Direct Current (DC) Method

To achieve the current study, geoelectrical surveys along six (06) profiles of 4 km long in a 100 m × 200 m grid defined according to the triangulation principle in the Tindikala-Boutou (Eastern-Cameroon) area along the Kadey River have been made through electrical sounding and profiling following Schlumberger array. The instrument is the resistive meter Syscal Junior 48 (IRIS Instrument). The data have been processed and modelled with Res2Dinv and Winsev softwares, and then interpolated with Surfer software. Investigation method used is the Direct Current (DC) method. Interpretations and analyses of results from the investigation method highlight weak zones or conductive discontinuities. The latter has been identified as shear zones within granitic structures of the Precambrian basement, according to the geologic and tectonic background of the area. The structural trend of these shear zones is E-W approximately. The mineralization characterized by conductive zones proves the presence of clay minerals disseminated in weathered quartz vein, which cross the shear zones. The intense activities of gold washers encountered in the studied area are able to attest the presence of clay minerals concentrations.

基于直流电位降法的缺陷区域多探针检测

油气管道在服役过程中由于制造过程、环境复杂等因素容易产生缺陷,造成管道破裂等事故,因此对管道的无损检测具有重要意义。通过直流电位降法研究裂纹缺陷对电位场的影响规律,建立了多探针缺陷检测方法。首先采用有限元法对含有缺陷的平板试样进行电位分析,缺陷区域的电位差明显高于无缺陷区域,通过多探针的检测范围对试样区域进行划分后,提出了多探针缺陷区域检测方法。检测到区域存在缺陷后,对缺陷影响因子k进行计算,无缺陷区域k值基本在0.8~1.2之间,而缺陷周围的k值都超过了2,根据k值的分布可以得到缺陷的大致位置和尺寸。并搭建了多探针检测试验平台进行试验,结果表明,缺陷附近的电势差显著高于其他区域,与有限元结果相符。缺陷区域电势差明显高于其他区域,无缺陷区域k值在0.75~1.2之间,缺陷区域k值基本大于1.5。通过k值分布对缺陷位置和尺寸进行分析,与实际尺寸相差在3~5 mm左右。

基于七阶NR法与Broyden方法的柔性直流系统潮流新算法

目的 为了解决当前柔性直流输电系统潮流算法求解效率低的问题,方法 首先提出基于七阶NR法的潮流算法,该算法相较于传统的潮流算法具有更高的收敛阶数,可以有效减少迭代次数,提高算法效率;其次,针对七阶NR法单步迭代计算量大的问题,提出基于七阶NR法与Broyden方法的改进算法,利用七阶NR法突出的收敛特性,减少迭代次数,同时保留Broyden方法单步迭代计算成本较低的优势,避免浪费计算能力,使计算效率得到较大提升;最后提出一种经验法则,以确定改进算法中高阶NR法的迭代次数。结果 使用经典和改进算法对修改后的IEEE标准算例进行仿真测试,结果表明:与经典NR法相比,交流和直流的改进算法潮流计算结果最大误差分别为1×10^(-8)和2×10^(-8);平均计算时间方面,在IEEE-14、IEEE-30、IEEE-57、IEEE-118共4种算例系统下,改进算法的平均计算时间比经典NR法的减少了约61%;当算例系统由双端变为三端和双馈入后,改进算法的迭代次数保持不变,计算时间分别增加0.352 ms和0.636 ms;在重负荷情况下,改进算法的计算效率最高,且预设迭代次数较简单,当负荷值达到2.992时,其计算时间仅为经典NR法的60%。结论 本文的改进算法具有与经典NR法相同的精确性,但在计算速度方面更有优势,且更有利于在重负荷等极端情况下使用。

超宽工作面三维电法数据特征研究及应用

超宽工作面的构建有助于推动煤炭资源的安全、高效开采。然而,受巷道空间、施工条件的限制,常规矿井地球物理的探测深度有限,无法准确获取超宽工作面内部及顶底板一定范围内的地质信息。为了提高超宽工作面底板富水区的探测精度,给实测数据处理及解释提供依据,在总结分析当前矿井地球物理探测技术的基础上,针对可应用于超宽工作面探测的三维直流电阻率法,结合河南永城某煤矿21106工作面底板灰岩水的赋存特征,采用理论分析、数值模拟和实测数据相结合的研究方法,系统研究了三维观测和二维观测模式的数据特征和分辨能力。研究结果表明:相较于传统的同侧发射接收二维观测模式,对侧发射接收的三维观测模式对工作面底板低阻体的反应更为灵敏;对侧发射接收三维观测模式所得数据,经过常规视电阻率公式计算后,视电阻率与实际电性有时相反,因此需要采用三维反演方式进行数据处理;对河南永城某煤矿21106工作面观测到的三维模式数据进行了三维反演处理,经井下钻探资料验证了三维观测结果的可靠性。研究结果为二极装置条件的二维观测和三维观测数据解释提供了依据。

担水沟煤矿特厚煤层开采底板导水破坏带深度实测研究

为了研究特厚煤层开采对工作面底板破坏深度的影响,通过在担水沟煤矿9204工作面底板2个观测钻孔,运用直流电法观测分析工作面回采过程中底板岩体视电阻率的变化特征,结合工作面与测点的空间位置关系,得出采动影响下的底板破坏深度,并将其与未考虑煤厚因素影响的统计公式和理论公式的计算值进行比较分析。结果表明,工作面实测底板破坏深度为17.3 m和18.3 m;实测底板最大破坏深度小于统计公式值7.81%~12.90%,大于理论公式值24.81%。探讨其机理认为,相对于工作面斜长、采深等因素,煤厚因素对底板破坏深度影响较低;且工作面底板下17 m赋存有一厚层隔水砂质泥岩,不易产生导水裂缝,降低了底板导水破坏深度。

瞬变电磁法在采空区积水与灰岩富水区探测中的应用

针对米山煤矿二采区15号煤层所面临的上覆水害问题,在开采前为查明上覆3号煤层采空区积水,以及顶板K 5、K 2灰岩富水区。在地质分析与地球物理特征分析基础之上,进行瞬变电磁法探测试验。优选了探测设备、回线装置与探测参数,通过地面瞬变电磁探测,初步圈定了3号煤层采空区积水、顶板K 5与K 2灰岩富水区的分布范围。针对初步圈定的老空水与灰岩水分布范围,利用不同硬件、回线装置与探测参数的瞬变电磁进行浅埋区复测,同时开展不同物探方法的直流电法复测,验证了前期探测成果,确定了7处3号煤层采空区积水与6处灰岩富水区,为下一步安全高效绿色开采提供了技术支撑,值得进一步推广应用。

利用改进MUSIC方法进行洋流方位估计

洋流能够调节全球热量的分布,降低航运成本。以往的洋流方位估计方法未对洋流信号源之间的相关性进行完全消除,导致估计效果较差。因此,本文设计了基于改进MUSIC方法的洋流方位估计方法。首先,以采集到的洋流信号为基础,构建洋流阵列信号模型,并对洋流信号进行降噪处理,提高信号数据的质量。然后,为减少洋流信号源之间相关性对估计结果的影响,利用改进MUSIC方法及协方差矩阵,对洋流信号源相关性进行消除,通过计算信号源的相关参数,构建洋流方位估计模型。最后,通过对洋流信号源的转换,实现洋流方位的估计。在仿真试验中,以南海部分海域为试验对象,对不同谱点下估计方法的估计效果进行评价,与以往的洋流方位估计方法相比,设计的基于改进MUSIC方法的洋流方位估计方法精度高达97.2%,应用效果更好。

新景矿钻孔和巷道联合直流电法探测导水通道的研究

煤柱中存在隐伏导水构造,或导水通道连通采空区积水和采掘工作面是造成透水事故的主要原因。为了分析80117工作面15号—02积水区与15303工作面之间的煤柱中是否存在隐伏的导水构造和导水通道,评价煤柱的隔水能力,在15303进风巷中实施钻孔,并对钻孔和巷道进行了联合直流电法探测,最终未发现煤柱中存在隐伏的导水构造和导水通道,说明煤柱是安全可靠的,为15303工作面的安全掘进和回采奠定基础,丰富了直流电法探测的理论和方法。

直流电法与钻孔物探在采空区探查中的应用

由于彬长矿区水帘洞矿采煤工艺等问题,导致采空区分布不规律且无详细水文地质资料,严重威胁了煤矿高效安全生产。为了精准探查煤矿采空区的分布规律,避免灾害事故的发生,采用孔中雷达、孔中窥视、轨迹测量及孔间无线电波透视与常规直流电测深法相结合的方式进行探测,利用孔中物探勾画出采空区的边界,结合直流电测深对采空区的反映规律及钻孔揭露情况,圈定出5处采空区,为煤矿安全开采提供有力依据。

直流电法与多道瞬态面波法在电力工程地质分层中的应用

在电力行业中,随着勘察技术的不断发展,岩土工程勘察手段也在逐渐增加,物探技术中的直流电法、多道瞬态面波法等方法都可以有效应用在地质分层中。其中直流电法利用的是地层的电性差异,采用加密极距、作图法,直观快捷;多道瞬态面波法利用弹性波差异,通过频散曲线的波速不同划分地层,绘制速度剖面,更为清晰地判断地层分布,通过对比孔试验,以及多个测点的验证结果表明,这2种物探方法可以作为有效的工程勘察手段。

综合物探技术在宝英煤矿水害防治中的探测分析

煤矿开采过程中需探明矿井隐含的水害风险,以保证矿井的安全生产工作。为解决宝英煤矿老窑积水、采空区积水、断层与陷落柱较为发育而难以探明的问题,采用并行直流电法、音频电透视法、瞬变电磁法对+1233 m水平西运输巷底板与+1233 m水平西辅助进风巷进行综合物探分析。在分析不同物探技术原理上,对施工参数进行了设计,并对数据进行反演分析,综合对比3种物探技术的探测成果。结果表明,探测区域主要存在4种类型的地质与水害威胁:隐伏构造导致的地层裂隙高度发育并富含裂隙水;+1233 m水平西辅助进风巷揭露断层;+1233 m水平西辅助进风巷靠近陷落柱富水区域;底板老窑积水以及底板水渗透导致的异常区域。综合物探结果为宝英煤矿水害问题的探测与防治提供了指导。

直流电法在阳山县岩溶地区找水中的应用

根据场地水文地质和地球物理条件分析判断,在地形条件复杂的岩溶地区,采用以直流中间梯度法为主、直流电测深法为辅的综合物探找水方法,论文对其方法选择及测线布置进行阐述,对测得数据进行处理并进行成果资料解释。研究结果表明,先采用中梯剖面法探测地下岩性变化和含水特性,然后通过电测深法进一步揭示不同深度含水构造分布,显著提高了找水的准确性与效率。

高河矿E2301工作面切眼富水断层综合探测技术

断层是煤矿常见的地质构造,是含水层与煤层的主要导水通道之一。为了准确探查导水断层的发育情况,指导巷道的安全掘进,利用瞬变电磁法和直流电法对E2301工作面切眼进行综合探测,确定了巷道掘进前方70~85 m存在低阻异常区,判断其为一导水断层,导通上方含水层。通过施工探查钻孔验证,异常区出水量达到62.5 m^(3)/h;经过疏放,水量稳定在3.2 m^(3)/h。当巷道掘进至切眼通尺75.2 m时,揭露一条正断层,其落差为1.9 m,证明本次综合探测结果准确,为矿井生产过程中探查导水断层提供了思路。

黄陵一号煤矿814工作面防治水技术

随着煤矿开采深度不断增加,井下水文地质情况也越发复杂多变,矿井水害防治措施不到位往往会造成水害。以黄陵矿业一号煤矿814回采工作面为例,分析了该矿水害治理情况。黄陵一号煤矿814工作面水害主要为上覆延安组及直罗组下段砂岩裂隙水,为减小上覆含水层威胁,实施了井下物探探查,圈定了3处富水异常区,开展了井下探放水工程,钻探进尺5900 m,总计疏放水量1.50×10^(5)m^(3)。经持续观测,该工作面顶板疏放水钻孔动态涌水量持续稳定衰减,最终钻孔涌水量稳定在0~10 m^(3)/h,水压为0~2 kPa,有效减小了顶板直罗组砂岩裂隙水的水害威胁。814工作面水害治理已取得较为良好的效果,为煤矿防治水工作提出指导性意见。

近距离煤层采空区下开采底板破坏规律研究

为研究近距离煤层上层煤采空区对下层煤采动底板破坏的影响,以塔山矿8199工作面为例,通过统计公式和塑性力学公式预计工作面底板破坏深度;采用双向加载相似模拟试验分析顶板有无采空区对底板破坏的影响;利用“专门电极电缆直流电法”现场观测采动过程中底板视电阻率变化,获得底板最大破坏深度。结果表明:8#煤底板破坏深度受顶板采空区和底板岩性组合的双重影响;顶板采空区的存在使8#煤开采时底板初始应力减小,应力集中程度减弱,回采过程中直接顶垮落步距减小,易形成“短砌体梁”结构,顶板周期来压伴随着底板裂隙的扩展;工作面底板实测最大破坏深度17.1 m,相比于统计公式和塑性力学公式,预测值分别减小11.4%和7.8%,塑性力学公式相对适用性更好。

高密度电测深在工作面上覆含水层及采空区探测中的应用

为超前识别韩家湾煤矿214203工作面上覆含水层及采空区的隐伏富水异常构造,为矿井防治水提供有效的技术支持,利用高密度电测深技术对其上覆含水层及采空区进行了高精度探测,设每个测点距为30 m,每个跑极点距10 m,使用防爆直流电法仪对各个测点进行测量。通过在地层中建立特定电场,发现随着工作面向前推进,探测区域受应力扰动和外界条件干扰可能会形成新的富水异常区域,同时对韩家湾煤矿214202工作面顶板含/导水构造进行分析。根据探测结果,划分了5处异常区域并对其分布范围和类型进行分析,对不同层段附近的电阻力进行分析发现异常横向分布位置基本相对应,异常分布特征相近似,有效识别了韩家湾煤矿煤层地质中富水异常区域,确定了水害异常区域的赋存状态和位置,为矿井安全高效生产保驾护航。

面向低成本轻型化直流耗能装置的滞环控制策略

直流耗能装置是海上风电经柔直并网系统中的重要装备,用于受端电网故障时吸收风场馈入的盈余功率防止系统过压。该文针对模块化多电平换流器(modular multilevel converter,MMC)型和混合型两种工程主流耗能装置技术路线,提出一种通用的直流母线电压滞环控制策略,可显著降低耗能阀内部电容、电阻及绝缘栅双极晶体管(insulated-gate bipolar transistor,IGBT)的电气应力与选型规格参数,实现装备低成本和轻型化设计。建立融合耗能装置的柔直系统直流侧等效数学模型,揭示控制参数对系统暂态过电压和耗能装置热应力的影响机理,给出控制参数的详细设计方法。最后,搭建±250 kV/1 500 MW海上风电并网系统模型验证上述内容的正确性,仿真结果表明,所提控制策略具有良好系统特性,MMC型耗能装置无需额外配置37%的全桥子模块,电容值降低75%;混合型耗能装置内部电阻发热降低97.7%,不再需要水冷散热装置。

GDD激电仪的应用研究

煤炭行业长期面临着开采水灾害防治问题。GDD大功率直流激电仪与高密度直流电法仪相比具有勘探深度大的优点;与V8瞬变电磁仪相比抗电磁干扰能力强,在电磁干扰区域仍然能够采集到可靠的信号。文章确定了GDD大功率激电仪在煤矿水文地质勘查中的有效性,选择适用的装置形式和工作参数,为生产实践提供前期试验研究,为该仪器的生产应用提供研究基础。

基于无线通信的智能变电站直流电源故障远程监测方法

为提升直流电源运行的可靠性,实现对其故障的精准监测,结合无线通信技术的应用,以某智能变电站为例,开展直流电源故障远程监测方法的设计。设计无线通信采样技术参数,采集智能变电站直流电源运行数据;引进零点数字滤波器,建立针对采样信号的线性差分方程,获取信号中的干扰信号,进行采样数据的抗干扰滤波处理;采用建立主成分函数的方式,采集其特征参量,并采用隐半马尔可夫模型进行多特征融合,进行电源故障的远程无线监控。对比实验结果表明,该方法不仅能够精准监测电源故障,而且具有强大的远程监测能力,可以适应各种复杂的工作场景。