坑道全空间直流聚焦超前探测模拟研究

常规坑道直流电阻率超前探测方法在掌子面后方观测,受到坑道腔体和工作环境的影响较大,增加了资料解释的难度.利用同性电流相斥原理,并参考地面电阻率垂向测深和直流侧向测井技术设计出适合坑道空间掌子面和侧壁测量的垂直聚焦电位和梯度电位超前探测方案.应用有限元数值模拟技术,对三维坑道空间中掌子面和侧壁探测方案的聚焦超前探测效果进行模拟研究.采用压缩存储技术及预条件迭代算法大大提高正演模拟的效率.有限元数值计算结果与全空间坑道模型解析解和土槽物理模拟实验结果对比,说明正演模拟结果可靠,设计的梯度及电位垂直聚焦探测装置能够实现聚焦超前探测的目的.对坑道垂直聚焦观测条件下的掌子面和侧壁组合模型进行模拟计算,结果表明该方案能够有效探测前方和旁侧存在的不良地质体.

坑道直流电阻率超前聚焦探测新方法研究

研究和提出了一种坑道直流电阻率超前聚焦探测新方法.该方法通过在掌子面上设立不同功能的环状电极组,使一次场电流具有像探照灯一样的聚焦功能,可有效探测坑道掘进前方不良地质体的存在,达到超前预报的目的.本文首先介绍了直流电阻率超前聚焦探测的基本原理,并给出了两种聚焦观测方式.为了验证所提方法的可行性,通过轴对称电性介质二维异常电位有限元数值模拟方法,对聚焦观测条件下几例坑道模型进行了模拟计算.结果表明,该方法对异常反映明显,可进行即时解释,建议在坑道超前预报中逐步推广使用.

坑道直流电阻率超前聚焦探测的影响因素及最佳观测方式

本文在简要介绍坑道超前聚焦探测原理的基础上,对坑道直流电阻率超前聚焦探测的影响因素及最佳观测方式进行了研究.通过有限元法对不同尺度的坑道、不同距离的旁侧异常体以及不同观测方式等条件下的地电模型进行了模拟计算.结果表明:旁侧异常体距离坑道越近,对异常曲线影响越大;坑道大小对超前聚焦的影响可忽略.在压制旁侧干扰方面A-M-A_0装置要优于A-M装置,实际工作中应尽量增大供电电极距A_0A,并使测量极距A_0M与供电极距A_0A满足A_0M/A_0A=0.6关系时,可达到最佳探测效果.

坑道直流聚焦超前探测电阻率法有限元数值模拟

通过有限元法数值计算,对影响坑道直流聚焦法超前探测距离的主要因素及该方法的超前探测距离进行研究。模拟含水层体积变化、测量电极距变化、异常电阻率比值、坑道旁侧异常体的变化和掘进面后方坑道中的金属体对超前探测距离的影响。结果表明:掘进面到含水层的距离、测量极距变化和异常电阻率比值对聚焦法超前探测距离的影响不大,当坑道后方存在金属体时对超前探测距离没有影响;而坑道正前方目标体(含水层)的体积变化对聚焦法超前探测距离的确定影响较大,聚焦法超前探测的有效距离为10～11 m。

煤矿巷道直流三极法超前探测的可行性

全空间巷道超前探测由于受到掌子面前方及上下左右岩土介质的影响异常要复杂许多,应用直流电阻率法进行超前探测也会遇到同样的问题.本文从理论计算和三维数值模拟两个方面分析了直流电阻率三极测深法超前探测的能力,结果表明:在理想情况下,当掌子面前方存在一定规模的低阻体时只能引起巷道底板上三极测深视电阻率曲线单调下降,且影响很小,仅凭几条这样的曲线还无法判断低阻体的空间位置.因此,目前在煤矿巷道广泛使用的三极超前探测方法前景令人担忧.

直流聚焦超前探测影响因素及水槽模拟实验

采用基于异常电位法的三维有限元数值模拟方法,对影响直流聚焦超前探测效果的各种因素进行了数值计算,以异常幅度大于三倍均方误差为标准,对各种影响因素是否忽略进行了判定。结果表明,距离隧道轴线6m之外的旁侧异常体对超前探测效果影响很小,坑道后方的金属体对超前探测效果几乎没有影响,坑道正前方水体灾害的规模大小对聚焦电流法超前探测距离的确定影响较大。最后制作隧道空腔模型进行水槽模拟实验,该实验验证了九极聚焦法的实际可行性,并且其探测效果明显优于传统的单极装置。

巷道直流电阻率法超前探测三维数值模拟

针对巷道直流电阻率法超前探测的三维数值模拟,应用代数多重网格快速算法对二次场的有限差分问题进行求解。将均匀全空间板状体数值结果与解析解对比,最大误差不超过0.28%。模拟结果表明,巷道空腔对测量结果存在一定影响,采用比值曲线消除该影响,修正后的视电阻率极值与理论值误差为2.4%。进一步研究受旁侧影响的前方异常识别方法,可通过在不同巷道面进行定点源测量或掘进过程中的定点测量来识别旁侧影响,达到准确探测前方异常的目的。

电磁法超前探测在巷道掘进中的应用现状分析

电磁法超前探测技术作为掘进巷道前方地质状况探测的有效手段,对井下掘进作业的安全开展意义重大。就电磁法超前探测在巷道掘进中的应用现状展开分析,分别对直流电法和瞬变电磁法的作业原理、应用发展及技术不足之处进行针对性分析,并在此基础上展望其未来发展趋势,以期对相关技术的更好发展提供借鉴。

综合物探方法在隧道超前预报中的应用

针对隧道超前预报TSP、地质雷达等方法在超前预报构造、防治地下水方面效果欠佳等问题,为了寻求解决隧道地下水超前预报的方法,在隧道开展了矿井瞬变电磁超前探测以及矿井三点—三极超前探测的综合勘探,根据隧道与煤矿井下施工环境以及探测目标体的不同,通过理论分析,在施工工艺方面稍作了改良,如矿井瞬变电磁法,专门定做了发射线框的支架,方便按照一定角度进行扫描;矿井三点—三极超前探施工时,为了提高信噪比,根据低频交流电磁场的近区场的视电阻率值与直流电法视电阻率值相等的原理,使用了15 Hz低频交流供电。经过数据处理,分别取得了较好的地质效果。比较2种探测方法相后,认为矿井瞬变电磁法更适于隧道地下水的超前预报,因为其定向性好,施工效率相对较高,处理成果为扇形区域,更加直观。

综合物探方法在井下巷道超前探测中的应用

该文简述了井下瞬变电磁法超前探测及井下直流电法超前探测的原理及方法,通过具体的探测实例,说明这两种方法在煤矿井下巷道掘进方向进行探测的应用效果。

直流电法四极装置超前探测正演模拟研究及应用

为研究矿井直流电法四极装置在掘进巷道超前探中的可行性,建立了巷道超前探三维地电模型,利用ANSYS模拟四极装置进行数据采集;对采集数据采用比值法剔除巷道、装置等干扰因素影响,并与无巷道影响下的采集数据进行对比研究;建立3个全空间地电模型,研究四极装置对不同异常体位置的响应,得出四极装置对低阻异常体的响应特征;通过工程实例说明该方法的实用性。研究结果表明:比值法能够消除巷道对异常体的影响,实现四极装置巷道超前探测,巷道超前探中采用四极装置进行数据采集是可行的。