亚博安全有保障 - 亚博APp安全有保障 0897-994412437

电磁精致探测法在隐伏型导水地质裂痕勘探中 的应用

作者:亚博网站安全有保障 时间:2021-09-07 01:36
本文摘要:摘 要: 针对传统隐伏型导水地质裂痕勘探方法存在勘察精度较差的问题,提出电磁精致探测法探析 隐伏型导水地质裂痕。依照屏蔽系数、实测场强和理论场强数据绘制综合曲线图,通过该图获取隐伏 型导水地质裂痕所处位置几何阴影规模,接纳层析成像法获得网格化的事情面,获取隐伏型导水地质 图像。 通过图像直接观察隐伏型导水地质事情面裂痕所处位置,在此基础上,观察四个电磁场分量, 接纳正交电磁场分量盘算介质视电阻率,依据盘算视电阻率数值和视电阻率漫衍状态研究裂痕发育情 况和裂痕富水水平。

亚博APp安全有保障

摘 要: 针对传统隐伏型导水地质裂痕勘探方法存在勘察精度较差的问题,提出电磁精致探测法探析 隐伏型导水地质裂痕。依照屏蔽系数、实测场强和理论场强数据绘制综合曲线图,通过该图获取隐伏 型导水地质裂痕所处位置几何阴影规模,接纳层析成像法获得网格化的事情面,获取隐伏型导水地质 图像。

通过图像直接观察隐伏型导水地质事情面裂痕所处位置,在此基础上,观察四个电磁场分量, 接纳正交电磁场分量盘算介质视电阻率,依据盘算视电阻率数值和视电阻率漫衍状态研究裂痕发育情 况和裂痕富水水平。效果讲明: 接纳该方法能较为精准地获取隐伏型导水地质裂痕位置。

通过裂痕位 置进一步检测出隐伏型导水地质裂痕最大发育高度为 63. 5 m。当视电阻数值不停增加时,隐伏型导 水地质裂痕和裂痕富水性逐渐减小,与实际情况较为相符,说明该种方法探析效果较好。

关键词: 电磁精致探测法; 隐伏型导水地质裂痕; 勘探; 层析成像; 水文地质;作者简介: 宋永(1982—),男,讲师,硕士,主要从事物理电子学研究。E-mail:songyong7015@163.com; *覃觅 —),男,副教授,博士,主要从事物理电子学研究。

E-mail:qinmimi546@yeah.net;基金: 国家自然科学基金号项目(61751101); 阿坝州应用技术研究与开发资金项目号(19YYJSYJ0087);引用:宋永,覃觅觅. 电磁精致探测法在隐伏型导水地质裂痕勘探中的应用[ J] . 水利水电技术,2020,51( 2) : 184-191. SONG Yong,QIN Mimi. Application of electromagnetic fine detection method to exploration of concealed water-conducting geological fissure[ J]. Water Resources and Hydropower Engineering,2020,51( 2) : 184-191.0 引 言随着经济和科学技术的不停生长,人们正加大对煤矿的开采力度,煤矿开采深度也随之不停增加。现在煤 事故多有发生,这与庞大的煤矿开采条件相关。我国的水文地质条件较为庞大,据相关研究可知,因大中型煤矿复 地质导致的宁静事故高达25%,危险发生概率较高。

由此可见,对煤矿地质举行精准勘探有极其重要的意义。而 体所处位置的差别,所需数据较为庞大,很难举行重复的、单一的数据采样,具有不行复制性。而矿山数据的随机 勘探带来了检测难度,导致勘探精准度低。

由于中深部地质结构较为庞大,含导水性探测精准度较低,导致地质预 可靠性较差,开采历程中容易泛起水害事故,严重危害人们生命和产业宁静,阻碍煤炭业进一步生长。隐伏型导 中最容易引发事故的是地质裂痕,勘探地质裂痕是当前较为重要的课题 ,迫切需要提升中深部地域在隐伏型导 结构探测精度。张兴航等 提出一种基于工具的地裂痕分步提取方法。支解地质观察影像,凭据支解工具的光谱和几何特 与地裂痕区别较大的地表滋扰要素;提取影像中的线性工具,去除不具有线性特征的地表要素;盘算线性工具的 征,进一步区分地裂痕和其他线性地表要素,实现了地裂痕有效提取,但该方法对地裂痕位置的勘探精准度较低。

等 提出基于有限元原理的岩石破裂历程分析系统的数值模拟方法,建设发育天然裂痕的二维平面应变模型。储层水力压裂历程中水力裂痕及庞大压裂痕网的形成历程,并对其影响因素举行分析。同时引入适合于储层复 分形维数测定的统计方法——基于盒数法的网格笼罩法,可以对数值模拟的压裂效果举行评价,但该方法对影响 分析不全面,导致勘探效果存在误差。高明等 为确定地下煤层开采后的地表裂痕情况,分析了天然土体的受力 极限平衡状态,通过莫尔-库伦准则研究了地表裂痕发育原理。

推测出受采动影响的附加应力作用下地表裂痕临 变形值、裂痕深度发育和裂痕宽度发育盘算公式。为验证方法有效性,将试验矿区的黄土物理力学性质参数代 公式,将得出效果与实际裂痕宽度举行对比。

效果讲明该方法具有较高的可信度,但因缺少实际地质成像得出结 准确。娄高中等 提出为准确预测非充实采动导水裂痕带高度,选取开采厚度M、煤层埋深H、事情面倾斜长 层倾角α、覆岩力学性质R、覆岩结构特征S为非充实采动导水裂痕带高度主要影响因素。运用量纲分析建设导 带高度与M、H、L、α、S间的无量纲关系式。联合30组实测数据,接纳多元回归获得的无量纲关系式最优函 式。

选取2个非充实采动事情面导水裂痕带现场实例,对预测模型举行了工程验证。预测模型预测效果与实测结 良好,预测模型的预测精度可以满足煤矿宁静生产现场需要。但该方法在盘算历程中忽略了视电阻数值的检测 算效果存在微小误差。

许进鹏等 以高家堡煤矿101事情面为例,使用水质支解法获得事情面出水的水源组成 到101事情面的导水裂痕带高度大于160 m。使用事情面洛河组水量盘算中非完整井公式中影响深度L特定含 了导水裂痕带高度与出水量的关系。

通过与彬长矿区其他矿井的实测资料举行对比等方法分析,得出该盘算方 靠的,但该方法在盘算历程中存在一定误差。针对上述传统方法存在的问题,本文提出将电磁精致探测法应用在隐伏型导水地质裂痕勘探中,接纳层析成 得隐伏型导水地质图像,为准确勘探裂痕发育情况提供有利依据。

通过电磁精致探测法探析隐伏型导水地质构 缝位置,接纳正交电磁场分量盘算出介质视电阻率,凭据得出的电阻率数值与漫衍状态,接纳电磁精致探测法探析 层视电阻率数值和视电阻率变化特征,确定岩层结构状态和含水状态,探析采空区导水裂痕带发育高度。1 基于电磁精致化探测法的隐伏型导水地质裂痕勘探1.1 探测隐伏型导水地质内部结构 无线电波透视法是一种较好的电磁精致探测法,由于岩石和矿石电阻率、介电常数和磁导率存在差异,导致 石和矿石吸收流传的电磁波能量有所区别,低阻岩对电磁波吸收能力较好。当电磁波在流传历程中遇到断裂界 种界面会反射或者是折射电磁波,导致电磁波能量损耗过多。经由上述分析发现,隐伏型导水地质条件下电磁波 隙、断层和陷落柱等会形成透视异常区,当该透视异常区中吸收机吸收不到透射信号时,该透视异常区就是所需 置。

探测隐伏型导水地质异常位置的历程中,需联合综合曲线和层析成像方法处置惩罚解释隐伏型导水地质内部 取隐伏型导水地质裂痕所处位置。1.1.1 绘制场强曲线图对比理论场强E和相应各吸收点实测场强E ,将二者比值当成是屏蔽系数,即将横坐标设置为吸收点点位,将纵坐标设置为E、E 和B ,根据比例接纳绘图软件将同一发射点相应吸收点 和B 绘制成图,获得综合曲线图,如图1所示。图1 综合曲线 分析图1中E、E 和B 的曲线特征,可获取异常体中心点,毗连中心点和相应的发射点,获得隐伏型导水地质 处位置几何阴影规模,不停重复上述操作,获取异常体轮廓 ,该异常体操作轮廓就是隐伏型导水地质裂痕位置 综上所述,无线电波透视法探测解释推断的主要图件是综合曲线图。

1.1.2 获取隐伏型导水地质图像 在介质中保障电磁波能近似直线流传的条件如下:(1)吸收点和发射点之间直线距离需大于 ,其中χ表现介质中电磁波的波长。层析成像法中使用事情频率 ~1.51 MHz规模内的电磁波,选用电磁波波长规模在71~202 m之间,将综采事情面宽设置为151 m,吸收点和发 间直线距离在140~181 m之间,同时需满足大于 的条件。(2)随着距离的不停改变,介质中电磁波流传折射率变化颠簸情况较小,即电磁波流传折射率可以用常数表现 经由查阅相关文献发现,当顶底板岩层和煤层较为均一时,电磁波顺层流传时满足上述条件。

(3)电磁波在流传历程中应满足χ≪πε,ε表现介质中趋肤深度。趋肤深度是电磁波能量有效穿透深度度 盘算公式如下式中,α为磁导率;β为电导率;η表现频率,且η=2π f。煤本质上是一种磁性较为微弱的物质,相对磁导率约即是 本文研究的隐伏型导水地质流传电磁波能满足χ≪πε的条件。

综采历程中需确保事情面煤层倾角小于24°,观察点偏向和发射天线之间相互垂直,说明当观察点偏向与发射 间夹角为90°时,流传电磁波在介质中任意一点场强可用下述公式表现式 中 ,γ 为 介 质 吸 收 系 数 , 该 系 数 和 工 作 频 率 、 介 质 磁 导 率 以 及 介 质 电 阻 率c为煤或者岩石介电常数;j为吸收机和发射机之间的直线距离。对式(3)取对数,通过对数变换可以获得网格化后的事情面,变换公式如下通过式(4)获取网格化后的事情面示意图,如图2所示。图2 层析成像示意 图2中每个匀称的小方块表现像素,射线穿过衰减系数为x 、x …x 的多个像素,射线在差别像素上的截距分 、l …l ,则第n条射线路径上存在将式(5)带回式(3)中,可以获得第i条射线的方程式中,如果需要多重观察隐伏型导水地质,需接纳多个波源发射电磁波,多点吸收丈量发射点,可获取下列矩阵公式整理式(7),获得式中,[L]为m×n阶系数矩阵,即射线穿过多个像素像素截距矩阵。其中元素l 为第i次观察中射线和第k个像 距,i=1,2,…m,m为射线总数,即实际观察次数;k=1,2,…n,n为网格化事情面后获得的像素个数。

[X]为n×1阶未知 表现多个像素的绝对衰减值;[Y]为m×1阶常数矩阵,表现观察方式与实际场强相关的常数。综上所述,叠加多个像素绝对衰减作用可构建式(8),即介质物性可通过盘算获取的像素绝对衰减系数表现。示每个像素数值,就是层析成像法的基本原理。

通过获取图像可直接观察隐伏型导水地质事情面上裂痕 置,通过检测出隐伏型导水地质事情面上裂痕所处位置详细分析隐伏型导水地质裂痕发育高度,依照发育高度分 型导水地质裂痕导水水平。1.2 探测隐伏型导水地质裂痕发育高度 大地电磁成像系统是一种大地电磁测深系统,该系统充实融合天然源和部门可控源,通过天然配景场源出现 导水地质裂痕的深部结构情况,大地电磁成像系统信号源规模在0.01~100 kHz之间。接纳新型便携式低功率发 射人工电磁信号 ,该人工电磁信号规模在1~100 kHz之间,人工电磁信号能穿透残坡积物和风成黄土等不 的笼罩层,获取分辨率较高的隐伏型导水地质图像,能高精度反演地下地质体电性结构,接纳一连测深点阵获取地 视电阻剖面图,形成三维立体视电阻率图像。大地电磁成像系统探测隐伏型导水地质裂痕发育高渡过程如下:首先将水平介质设置为大地,垂直投射到地 面电磁场是大地电磁场,可以在地面上观察到D 、G 、D 和G 四个电磁场分量,且同偏向上的电磁场分量相互通过正交电磁场分量盘算介质视电阻率,通过视电阻率漫衍情况研究裂痕发育情况和裂痕富水水平。

经由分析 作频率和电磁探测深度之间负相关,随着事情频率的不停提升,电磁探测深度逐渐降低,因此探析地表收罗的电磁 反演获得地下差别深度介质视电阻率漫衍信息。由于本次探测隐伏型导水地质中视电阻剖面图,因此应详细研 型导水地质中电性特征。所选事情面上方区域第四系厚度在13.1~36.5 m规模内,上方区域第四系主要组成部 坡积物、风积沙和冲洪积物等,上方区域第四系厚度与地形之间存在显著关系,导致上方区域第四系厚度数值波。

上方区域第四系底层性质对视电阻率发生较大影响,视电阻率颠簸规模在21~202 Ω·m之间。侏罗系中 安阻是区内含煤地层,岩性组合中包罗砂质泥岩、少量中粒砂岩、玄色煤层和少量泥灰岩。通过查阅相关钻孔 率测井资料可以发现,砂质泥岩视电阻率和泥岩视电阻率颠簸较小,颠簸规模在[30,50]Ω·m,细砂岩和粉砂岩等砂 阻率颠簸较大,颠簸规模在[70,200]Ω·m,煤的视电阻率颠簸最大,颠簸规模在[300,500]Ω·m。

实际丈量历程中 性、含水量和孔隙发育水平对视电阻率发生较大影响,同时电磁法勘察体积效应也会对视电阻率发生一定影响 煤地层段视电阻率一般在[70,100]Ω·m。开采煤层会移动或破坏采空区上覆岩层,导致泛起较多孔洞、离层和裂痕,会显著改变覆岩视电阻率,因此可 测视电阻率数值和视电阻率漫衍状态区分岩性,确定隐伏型导水地质裂痕发育高度。当覆岩冒落裂痕带中为充 空区视电阻率较为异常,采空区视电阻率是正常岩层煤视电阻率的3.1~5.2倍,当采空区完全充水以后,水体会填 区和冒落裂痕带,导致岩体破坏区的视电阻率显著降低,岩体破坏区出现出低视电阻率异常的现象。综上 通过探析地下岩层视电阻率数值和视电阻率变化特征,确定岩层结构状态和含水状态,探析采空区导水裂痕带 度。

2 试验验证将鄂尔多斯东南端区的泰安煤矿作为研究工具,该区域内地层主要包罗三叠系上统延长组、第三系上新统 地层,在多个煤层中部署试验探测事情面,主要研究6103事情面,接纳综合机械化开采方法,通过自然垮落法治理 顶板中包罗泥岩、细砂岩和粉砂岩,底板中主要是粉砂岩和泥岩,顶板具有较软的岩性,井巷具有少量积水或者 在泰安煤矿中部署多个探测点。图3为泰安煤矿试验区地质纵剖模拟图,6103事情面位置如图4所示。图3 泰安煤矿试验区地质纵剖模型 图4 泰安煤矿试验区的典型地质事情面位置 数据收罗事情历时5 h。整个探测历程中选用GDP-32II型多功效电法仪,能瞬间取样电磁波,它主要由V8主 -30和T-32两个发射器等组成,接纳海内磁探头丈量垂直磁场分量,在该电法仪中接纳中心回线和重叠回线装置 受和发送电磁波的有效性。

多功效电法仪毗连示意图如图5所示。图5 电法仪毗连示意 2.1 裂痕检测 通过观察地质资料发现,6103事情面结构发育情况较好,为探析6103事情面隐伏型导水地质裂痕结构情况 作面的实际情况,选取10个发射点,以发射点为中心对四个偏向的地质裂痕情况举行勘察,勘察示意图及勘察方 所列。图6 勘察示意 表1 勘察偏向 选取发射点位置后,为进一步研究检测6103事情面的裂痕情况,需接纳本文方法探查6103事情面,探查效果 示。

图7 事情面场强曲线 图7(a)表现6103事情面风港两个差别发射点对应场强曲线图。从图中可以看出,图7(a)中曲线出现出漏斗 (b)中曲线出现出V字型,联合其他事情面的探测履历可知,6103事情面42~46号测点中存在显著的地质结构,异 值在[-14,36]db规模内,说明该测点规模内存在隐伏型导水地质裂痕。基于电磁精致探测法,检测事情面裂隙条数、深度及水位的变化情况,以发射点为中心,直径为1 m的圆为划 将6103事情面划分为10各区域。通过表2可知,裂隙条数越多,深度值越低,表现裂痕条数与深度成反比关系;裂隙深度值越大,水位值越大,证 水量会使裂隙水平加深。

接纳本文方法成像处置惩罚后可获取该地域层析成像图,如图8所示。从图8中可以看出该事情面中成像深度不相同,说明该事情面中含有隐伏型导水地质裂痕,可进一步分析裂痕 况。

图8 层析成像示意 2.2 发育高度检测 经由上述试验发现,该事情面中含有隐伏型导水地质裂痕,应接纳本文方法进一步探析隐伏型导水地质裂痕 度,接纳本文方法探测线反演视电阻率断面如图9所示。从图9中可以看出,断面水平偏向上0~75 m的位置处,5号煤层和底板岩石层在差别煤层层位上没有泛起明 阻或者低阻视电阻率变化。可是5号煤层和底板岩石层的视电阻率略高于该段煤系地层正常视电阻率,断面水平 75~200 m处5号煤层和底板岩石层存在一段高视电阻率异常地带,该地带具有显著的电性异常特征,表现该地 区弱积水或者是不积水。

通过高阻视电阻率异常最高点得知该地域隐伏型导水地质裂痕最大发育高度为63.5 际情况对比发现本文方法检测的采空区地质结构情况与实际情况较为相符,说明本文方法检测效果较好。表2 勘察偏向 图9 探测线反演视电阻率断面 2.3 探析隐伏型导水地质裂痕富水性 为研究隐伏型导水地质裂痕发育富水性与电阻率之间关系,需接纳本文方法检测差别探测角度下的视电阻 视电阻率等值线断面图,视电阻率等值线断面图如图10所示。图10 差别探测角度下视电阻率等值线断面 从图10中可以看出,差别探测角度下的浅部视电阻率较低,电性在横向上具有较好的一连性,出现出相对低 说明该地域的隐伏型导水地质裂痕发育情况较好,同时隐伏型导水地质裂痕具有一定的富水性,随着视电阻率的加,视电阻率出现出相对高阻反映,当视电阻率不停增加时,隐伏型导水地质裂痕逐渐减小,隐伏型导水地质裂痕 逐渐削弱。

3 结 论(1)在煤矿开采历程中深部地址结构较为庞大,地质预测效果涉及到人们生命和产业宁静,因此迫切需要提升 度。(2)针对传统隐伏型导水地质裂痕勘探方法存在的问题,研究电磁精致探测法在隐伏型导水地质裂痕勘探 用。凭据屏蔽系数、实测场强等数据绘制曲线图,进而获得隐伏型导水地质裂痕所处位置几何阴影规模,接纳层 法获得隐伏型导水地质图像。

在此基础接纳正交电磁场分量盘算介质视电阻率,研究裂痕发育情况和裂痕富水(3)经试验分析发现,本文方法判断隐伏型导水地质结构的基本条件是特征场强曲线,依照场强曲线漫衍特征 探测履历判断隐伏型导水地质是否存在异常。当存在异常时,接纳层析成像法出现隐伏型导水地质图像,检测隐 水地质裂痕位置。依照检测出的裂痕位置进一步探析隐伏型导水地质裂痕发育高度和富水状况,本文方法勘探 导水地质裂痕发育高度与实际情况高度吻合,探析精准度较高,且本文方法具有较强的可操作性。因本次研究时间所限,在以后研究中将以勘探效率作为研究偏向,进一步完善导水地质裂痕勘探技术。

水利水电技术水利部《水利水电技术》杂志是中国水利水电行业的综合性技术期刊(月刊),为全国中文焦点期刊,面向海内外公然刊行。本刊以先容我国水资源的开发、使用、治理、设置、节约和掩护,以及水利水电工程的勘察、设计、施工、运行治理和科学研究等方面的技术履历为主,同时也报道外洋的先进技术。期刊主要栏目有:水文水资源、水工修建、工程施工、工程基础、水力学、机电技术、泥沙研究、水情况与水生态、运行治理、试验研究、工程地质、金属结构、水利经济、水利计划、防汛抗旱、建设治理、新能源、都会水利、农村水利、水土保持、水库移民、水利现代化、国际水利等。


本文关键词:亚博APp安全有保障,电磁,精致,探测,法,在,隐伏型,导水,地质,裂痕

本文来源:亚博安全有保障-www.tuanshan360.com