矿井直流电法超前探中巷道影响的数值模拟

影响井下直流电法超前探测效果的因素较多,巷道空腔对全空间电流场分布的影响就是其中之一。论述了有限单元法模拟井下稳定电流场正演模型,介绍了全空间条件下三维模型中的点源电场的边值及变分问题;模拟在巷道内加载定点电流源,通过巷道影响因子研究巷道空腔对全空间稳定电流场分布的影响。数值模拟结果表明,巷道影响与巷道几何尺寸大小、供电电极布置及巷道围岩导电性有关。     

均匀围岩介质中点源电流场的巷道影响模拟研究

以巷道底板供电为例,采用三维有限差分数值模拟技术对矿井下有巷道影响的全空间电流场的分布特征进行研究。初步研究了全空间点电源电流场分布的巷道影响规律,对矿井直流电法的基本理论研究和实际井下电法施工具有指导意义。     

巷道影响下三维全空间瞬变电磁法响应特征

使用磁偶极源模拟三维均匀介质内部低阻体的全空间响应特征,采用非均匀网格和时间步长推导了瞬变电磁场的三维时域有限差分格式,并根据多个测点计算的数据,绘制了磁场和磁场对时间导数的等值线图,分析了瞬变电磁场的传播规律,以及巷道和交界面对场的影响特征。结果表明:在磁场穿过低阻体与大地的交界面时,磁场的扩散速度降低,衰减变慢;随着迭代次数的增加,磁场以低阻体为中心形成等值线环。巷道在早期对场影响较大,晚期则不明显,为解释全空间TEM异常提供参考。     

均匀围岩介质中点源电流场的巷道影响模拟研究

以巷道底板供电为例,采用三维有限差分数值模拟技术对矿井下有巷道存在时的全空间点源电流场的分布进行了计算,根据计算结果初步总结了巷道的影响规律.     

矿井瞬变电磁法在探查迎头前方构造中的应用

为探察矿井巷道掘进中的未知构造,防止瓦斯突出或突水事件,基于矿井瞬变电磁法全空间"烟圈效应"理论,根据巷道迎头周围空间有限和金属设施干扰大等探查环境,选择矿井瞬变电磁法进行超前探查巷道迎头前方地质构造,介绍了工作装置、探查技术及探查结果图形显示技术.实际应用表明,探查结果与巷道实际揭露情况基本吻合.     

直流电阻率三极超前探测的有效性

大量实例表明,在煤矿井下直流电阻率三极超前探测虽然被广泛应用于迎头前方地质异常体的探测,但探测效果并不理想。通过简单的全空间低电阻率球状电性体进行解析式三极超前探测正演计算,以及对地面积水体进行三极超前探测,其解释结果与实际相差较远。根据理论分析,迎头前方存在低阻球体时三极超前探测的视电阻率曲线随探测距离增加呈单调下降趋势,仅能表现出低阻体的存在,但不能真实反映出低阻球体的位置。地面积水坑的探测结果表明,受MN电极接地电阻的影响,与积水坑对应位置并没有出现低阻异常。在山西某地,三极超前探测数据与仪器配套的软件处理解释后获得的二处异常,经钻孔验证均为误判,而钻孔揭露的含水采空区在成果图上却无异常迹像。建议在改善MN接地电阻、改变数据采集方式或增强异常数据处理等方面加强研究,以提高三极超前探测有效性。     

磁偶源2.5维瞬变电磁场全空间FDTD数值模拟

为解决模拟瞬变电磁场在3维介质中传播出现的计算量大、对计算机要求高等问题,使用了3维磁偶极源来模拟2维均匀介质和层状介质中方形和薄板低阻体的全空间响应特征.模拟中使用了时域有限差分法,采用非均匀网格和时间步长,分析了瞬变电磁场在均匀介质和层状介质中的传播规律,以及巷道和交界面对场的影响特征,为解释全空间均匀介质和层状介质TEM异常提供参考.     

基于三维有限元法的巷道影响特征

在矿井瞬变电磁法探测中,巷道空间对探测结果存在影响,不利于探测资料的解释。采用三维有限元法,通过建立地质模型模拟了有无巷道时瞬变电磁场的分布情况,绘制了10 us和0.1 ms时刻有无巷道以及巷道不同长度和高度下XOZ平面磁场强度等值线分布图。结果表明：磁场在高阻区扩散速度比低阻区慢;巷道长度的变化对巷道长度方向磁场分布影响较大;巷道高度的变化对巷道上下方磁场分布影响较大。巷道空间在早期对磁场分布影响较大,晚期则影响不大,这为探测资料异常的解释提供了理论依据。     

资源整合矿井综合方法超前物探技术应用研究

某资源整合矿井,可开采煤层为3~#、9~#、15~#,3~#煤层已属于老窑破坏区,9~#煤可采范围内也存在多处采空区,15~#煤比较完整。为安全开采9~#煤层,在该矿首采工作面轨道顺槽采用了矿井瞬变电磁法、矿井直流电法、矿井地震波法三种方法进行超前探测:其中横、纵向上的瞬变电磁超前探测结果表明,巷道迎头前方45 m之外存在低于25Ω·m的低阻异常;直流电法超前探测在稍远处也显示了一低阻为20~40Ω·m的异常;同时矿井地震波法超前探测在迎头30~45 m处存在一强反射界面,综合解释为迎头前方存在采空积水区。经矿方钻探验证,钻进至迎头正前方45 m及垂直右帮65 m处均有出水现象,出水量达10 m~3/h,经水质分析为采空区水,可见综合探测结果与实际揭露基本吻合。     

断层构造在层测深曲线上的响应特征

应用数值模拟方法研究了巷道层测深技术应用的环境及影响因素,分析了断层构造在层测深曲线上的响应特征。结果表明,在煤层为高阻,顶、底板为低阻的情况下,巷道层测深技术对断层构造具有良好的分辨率,并且煤层与其顶、底板的视电阻率差异越大,对断层构造的分辨率越高;煤层厚度和断层与巷道的夹角等因素也对探测断层构造的分辨率有一定的影响。     

长极距定源建场法超前预报掘进工程隐患

巷道或隧道掌子面超前预测预报,受空间限制和现场电干扰等诸多因素的影响,难以获得信噪比高的电位数据。将长极距定源建场法用于地下掘进工程超前预报,在AB电极中间段,掘进掌子面前方的电阻率或极化率异常地质体都会使近似均匀电流场发生扰动,形成电场或激发极化率异常,从而使这种预报方法对掌子面前方或附近异常体具有一定的分辨能力。这一超前预报方法克服了电法仪器需要在巷道内供电所带来的诸多不便,适用于煤矿等生产矿山以及交通、水利水电等掘进工程领域超前预报。     

隧道瞬变电磁克希霍夫偏移成像与地质灾害探测

隧道绿色施工不仅需要预报工作面前方突水突泥等低阻异常,更需要查明灾害体的地质构造,为灾害预警与防治提供保障。传统的瞬变电磁解释方法仅能够提供单一电阻率信息不能满足隧道地质灾害治理要求。因此,将虚拟波场成像技术引入到瞬变电磁隧道探测技术中,期望实现灾害体电性与结构综合解释。首先,根据波场变换原理将瞬变电磁数据转换到虚拟波场;然后,利用电阻率成像算法计算工作面前方电阻率建立虚拟波场速度模型,利用波动方程克希霍夫积分解进行波场延拓实现瞬变电磁虚拟波场偏移成像;最后,综合电阻率与偏移成像结果对工作面前方地质体进行解释,判断地质灾害体的电性与构造特征。分别采用充水溶洞、充水断层两类常见灾害模型对算法进行验证。充水断层模型电阻率成像结果可以识别工作面前方低阻异常,但是异常分布范围略有增加,且不易判断倾斜角度;而偏移成像结果有效地识别异常的边界位置且对应准确,更易容判断异常倾斜方向。充水溶洞模型电阻率成像结果可识别溶洞的低阻异常与位置,但是异常形态与实际模型略有偏差;偏移成像结果圈定了模型的前后边界且与模型吻合较好。实测数据偏移成像结果有效圈定了低阻异常位置与裂隙形态,预测结果与已知出水孔情况相符。理论模型与实测数据结果表明,虚拟波场克希霍夫偏移成像结果既包含地质灾害体的电阻率分布,又能识别灾害体电性分界面,为地质灾害预警与防治提供了丰富的地质信息。      

深部岩体地应力瞬态卸载诱发振动效应的影响因素

针对深埋隧洞爆破开挖振动控制,以瀑布沟水电站2#引水隧洞爆破开挖为工程背景,讨论了地应力瞬态卸荷诱发振动特征及影响因素,并结合实测数据采用数值模拟的方法进行了验证分析。研究发现：中、高地应力条件下开挖面初始应力的瞬间释放诱发的振动是爆破开挖诱发振动的重要组成部分;当波阻抗一定时,开挖面初始应力动态卸荷诱发振动由地应力水平、开挖面初始应力、开挖面面积和振动衰减指数共同决定,动态卸荷诱发振动最强段发生在开挖面的初始应力和开挖面面积综合效应最大的位置;深埋隧洞爆破开挖振动的强度是由爆炸荷载和开挖面初始应力动态卸荷效应共同决定的,减小炮孔排距和进尺、采用较小洞径和分部开挖能有效降低地应力瞬态卸荷效应强度,控制深埋隧洞的爆破振动强度。     

挤压和剪切构造环境下深埋隧道岩爆的对比研究

地质构造是影响岩爆的一个重要因素,本文以大瑞铁路高黎贡山深埋隧道为例,在野外地质调查、实测地应力分析、室内岩石力学测试分析的基础上,采用ANSYS软件模拟了在现今构造地应力场中,在褶皱和走滑断层等不同构造部位的岩体中进行隧道开挖所引起的应力重分布特征,对在复杂地质构造地区挤压和剪切构造环境下深埋隧道的岩爆特征进行了深入...     

邻近建筑物的滨海土岩组合基坑支护结构变形分析

随着城市地下空间的开发利用,出现越来越多邻近地下综合管廊基坑开挖的工程案例,对管廊结构安全及防水性能产生重要影响。以厦门某邻近既有双舱综合管廊的基坑开挖项目为研究背景,采用PLAXIS 3D建立三维有限元分析模型,基于HS-small小应变土体本构模型,模拟基坑开挖过程对综合管廊的影响。研究结果表明,开挖后,邻近综合管廊沿轴线方向的变形受力模式可分为平移转动区、相对扭转区和位移约束区3个特征区域。基坑中部附近管廊发生朝向基坑的平移和绕轴转动,基坑边界附近管廊发生相对扭转,远离基坑区域管廊的位移受土体约束而相对静止。位于平移转动区和相对扭转区内的管廊截面发生朝向基坑的剪切变形,管廊顶板相对底板发生朝向基坑的水平相对移动;邻近基坑一侧市政舱顶板和远离基坑一侧侧墙下半部分发生较大挠曲变形。管廊与基坑间距对3个变形特征区域的分布没有显著影响,但管廊离基坑越近会使得管廊结构的变形程度越大。     

上覆流沙层隧道开挖面稳定性分析与数值试验研究

为解决上覆流沙层隧道开挖面极易发生坍塌破坏的技术难题,以典型该地质条件下的青岛地铁M2号线啤苗区间（啤酒城站至苗岭路站）为研究对象,基于开挖面的实际破坏特征建立了开挖面失稳破坏力学模型,从功能转化平衡角度,进行了隧道开挖面稳定性上限分析,并利用强度折减与重力加载两种方式,提出了隧道开挖面安全系数,得到了不同开挖面土体黏聚力、摩擦角、重度、隔水层厚度及隧道开挖高度下的临界土体破裂范围及破裂模式。理论研究表明：随着开挖面土体黏聚力、摩擦角、隔水层厚度等参数的增加,开挖面安全系数不断增大,稳定性不断提高;随着土体重度、隧道开挖高度增加,开挖面安全系数不断减小,稳定性不断降低。通过建立不同工况的数值模型验证了理论研究的正确性,得到了上覆流沙层地质条件下开挖面的典型破坏模式和临界参数,并提出了相应工程建议。研究成果为青岛地铁M2号线的顺利贯通及该类地质条件下的隧道施工提供了理论指导和科学对策。     

地面-坑道激电测深方法在山东玲珑断裂带深部找矿中的应用

在山东玲珑断裂带深部找矿中,考虑断裂带处在地电干扰和地形变化复杂地段,且深部地质体产状变化较大,仅依据半空间地面物探方法很难摸清地质体的展布形态,盲目布设钻孔会造成找矿成本的提高。为精确反演深部矿体的边界范围、走向及倾向,提高钻孔见矿率,降低找矿成本,在山东玲珑断裂带地面、坑道采用立体物探技术,试验通过布设多条方位不同的地-坑、坑-坑和地-地纵横激电中梯剖面和双向三极测深剖面,进行了二维电法剖面反演。在地面-坑道激电测深方法中,地面-坑道供电,坑道测量探测深度与坑道深度呈正相关,反映了深部巷道底板以下电阻率和极化率的分布状况,可以实现深地探测目的。由于地面-坑道供电,坑道测量装置处在半空间和全空间两个部分,需要采用"镜像法"和地下倾斜偶极源电流场特征对其装置系数k值重新推导,以反映坑道空间岩矿体真实电阻率的变化。坑道中梯剖面异常与单向三极剖面异常、双向三极电测深反演结果对应较好。经钻探验证,矿体分布与物探推断高极化体基本一致,为快速准确布设深部钻孔提供资料。     

The impact of groundwater discharge to the Hsueh-Shan tunnel on the water resources in northern Taiwan

The Hsueh-Shan tunnel is the fifth longest road tunnel in the world. During the excavation, the tunnel encountered several events of groundwater inrush, causing serious delay of the construction. Data on groundwater discharge to the tunnel were gathered from the monitoring system and their spatial and temporal variations were analyzed. The results of the integrated analysis of groundwater discharge and local precipitation indicated that the discharge increased rapidly when the cumulative rainfall exceeded 85?mm. The groundwater level recession rate after a rainfall event was found to be independent of rainfall intensity. A hydrogeological conceptual model was developed to simulate the long-term groundwater discharge to the tunnel. Sensitivity analysis was first conducted to identify sensitive parameters, and then the calibration process was accomplished by the automated parameter estimation method. The calibrated model was then used to evaluate the potential impact of tunnel excavation on the Feitsui reservoir; the average percentage loss of inflow to the Feitsui reservoir from 2006 to 2010 is estimated to be 1.74?%. The developed model can provide a tool for evaluating the regional hydrogeologic setting and the influence of tunnel construction on water resources.     

Effects of galvanic distortions on magnetotelluric data: Interpretation and its correction using deep electrical data

The non-inductive galvanic disturbances due to surficial bodies, lying smaller than high frequency skin depth, cause serious interpretational errors in magnetotelluric data. These frequency independent distortions result in a quasi-static shift between the apparent resistivity curves known as static shift. Two-dimensional modelling studies, for the effects of surficial bodies on magnetotelluric interpretation, show that the transverse electric (TE) mode apparent resistivity curves are hardly affected compared to the transverse magnetic (TM) mode curves, facilitating the correction by using a curve shifting method to match low frequency asymptotes. But in the case of field data the problem is rather complicated because of the random distribution of geometry and conductivity of near surface inhomogeneities. Here we present the use of deep resistivity sounding (DRS) data to constrain MT static shift. Direct current sensitivity studies show that the behaviour of MT static shift can be estimated using DC resistivity measurements close to the MT sounding station to appreciable depths. The distorted data set is corrected using the MT response for DRS model and further subject to joint inversion with DRS data. Joint inversion leads to better estimation of MT parameters compared to the separate inversion of data sets.     

山东蒙阴县西峪金伯利岩带深部综合地球物理特征及其意义

山东省蒙阴地区金伯利岩的深部地质构造特征是地学研究的热点之一。在蒙阴地区金伯利岩分布区中心部位的西峪岩带进行了10 km综合地球物理勘查,采用地震反射、大地电磁测深及重力测量解译推断出上五井和西峪两处的深部断裂构造。其中,西峪断裂带是金伯利岩浆侵入的先期控制性构造和岩浆通道,在西峪金伯利岩带内,地震反射波同相轴异常、重力低密度体、电阻率低阻异常都较为明显,且异常带有一定的连续性和规模,与已知的浅部金伯利岩体的分布形态比较吻合,推测地表延伸4 km深度内,西峪岩带内有较好的金伯利岩的发育,岩体在深部呈现节藕状间断分布。金伯利岩浆在近地表处隐爆,造成更多的破碎带和次生断裂,形成由密集零散分布的金伯利岩体组成的金伯利岩带,同时产生岩石的低电阻率和低密度异常。