三维坑道直流聚焦法超前探测技术

对坑道超前探测方法中的三维坑道直流聚焦法的电极组合作了研究.计算、分析了2个同性点电源的电流分布规律,指出由于电流的相互排斥作用,电流密度在这两个点电源的中垂线下一定深度处产生最大值,这个深度与这两个点源之间的距离成正比.基于上述理由,设计出3种电极组合:四点电源、五点电源和九点电源布极方式.用三维有限单元数值模拟的方法计算了上述3种电极系的空间电位分布,发现九点电源方式对电流聚束效果较好,而且当主电极电流小于屏蔽电极电流时效果最好.     

直流电阻率法与工作面透明化

通过先进的勘探设备与技术实现综采工作面的透明化,使煤层信息更加全面、准确,可为综采工作面的智能化生产奠定坚实的基础。直流电阻率法是矿井物探常用方法,其稳定性好、抗干扰能力强,对低阻体和高阻体都有灵敏的反映能力,因此直流电阻率法是实现工作面透明化的关键手段之一。为探究直流电阻率法在工作面透明化中的应用效果,对工作面探明含水构造、巷道迎头超前探测等问题,分别使用不同的工作方法对两种问题的响应特征进行三维正、反演。结果表明在对应的工作方法下得到的三维直流反演数据分布规律与初始模型基本一致,有良好的高、低阻体区分能力。对实际工程中直流电阻率法在工作面透明化中的应用有一定指导作用。     

三维井地电阻率法有限差分数值模拟研究

井地电阻率法是在井中供电地表测量的一种方法。在井地电阻率法电法实际工作中电流源通常采用点状电流源和线状电流源,其中点状电流源适用于裸眼井中供电的情况,而线状电流源则适用于套管井供电的情况。结合野外实践工作,主要研究以下几个方面并得到了相应的结论:(1)电流源为点状时,针对电流源分别在异常体的上面、里面和下面3种模型进行正演数值模拟计算,结果表明地表的视电阻率响应变化很大;(2)电流源为垂直线源时,针对电流源分别在异常体的上部、延伸至异常体中间以及贯穿异常体3种模型进行正演数值模拟计算,结果表明地表视电阻率响应的幅值变化逐渐变大;(3)电流源为倾斜线源时,线源倾斜角度不断加大对应地表视电阻率的影响较大,随着线源倾斜角的加大,地表响应的幅值变小。这些结论为野外工作中设置井地电法仪器参数以提高其观测精度提供了理论依据,为初步判断异常体的埋深做出定性的分析,同时为井地电法三维反演奠定了基础。     

坑道聚焦直流激电法电流场分布特性及探测影响因素分析

为探究坑道聚焦直流激电法电流场分布特性及其探测影响因素,利用有限单元法对空间场正常电位和异常电位进行求解,基于Comsol软件构建均质三维地电探测模型,采用四面体网格自适应算法进行剖分,对比分析数值求解精度。研究聚焦电流场分布变化规律,确定聚焦效应电流比系数取值范围。沿掘进断面的正前方构造异常地质的三维地电模型,利用等效电阻率法正演模拟掘进断面面积、干扰体、聚焦效应电流比系数等因素对激电效应参量的影响。结果表明：聚焦直流激电法对掘进断面前方不良地质体的探测具有较好的敏感性,坑道腔体内干扰体对目标异常体探测的影响可以忽略,旁侧干扰异常体距坑道底板距离越远,对目标异常体探测影响越小;增大掘进断面面积和聚焦效应电流比系数,可有效增加勘探距离。此研究可为聚焦直流激电法反演提供依据和参考,对推动聚焦电法勘探理论的发展具有重要意义。     

矿井电阻率法监测数据质量评价方法探讨

矿井电阻率法监测是采煤工作面顶底板水害预防的一项重要技术手段,但因井下监测环境电磁干扰复杂、强度极大,同时为煤矿安全生产考虑,最大发射电流受限,因此,矿井电阻率法监测采集数据的质量难以保证。为了从每日监测到的海量数据中选择可信度较高的数据加以利用,对比分析了常用的矿井直流电阻率法探测数据质量评价方法的优缺点,基于矿井电阻率法监测本身自动化、智能化、全波形、不间断数据采集的特点,研究了矿井电阻率法监测全波形数据的时频域特征;针对发射电流、原始数据噪声、数据稳定性3个方面,利用统计学原理提出定量的数据质量评价方法,设计了可用于矿井电阻率法监测数据质量评价的发射电流和稳定性、接收信号时间和空间稳定性以及原始数据的信噪比4种参数;并以此为基础建立了矿井电阻率法监测数据质量评价流程;最后应用于井下实际采集的监测数据。结果表明：该流程具备针对性强、手段丰富、较全面反映噪声干扰情况等优点,能够适用于井下电阻率法监测本身自动化、智能化、全波形不间断数据采集的特点,解决了现有技术条件下矿井电阻率法监测数据质量管控不足的问题。     

井液电阻率法的一些革新

井液电阻率法(扩散法、注入法、提捞法)是以测量井内液体的物理性质为基础的专门水文测井方法,是直接找水的有效测井方法之一。为了提高方法的工作效率和水文地质效果,我们作了一些革新,其中包括改革盐化方式、扩散法与提捞法配合使用、注入法的变种——追踪法等,实践证明效果较好。     

基于TV井地2.5D直流电阻率正则化反演

针对目前地面直流电阻率法所面临的勘探深度有限的问题,开展了基于TV井地2.5D直流电阻率正则化反演研究。首先从井地直流电满足的边值问题出发,采用三角单元二次插值有限元法推导了2.5D井地电阻率正演公式。为了提高计算效率,对边界采用近似处理、以及利用图论理论的矩阵重排与填入元分析方法,实现了稀疏矩阵的直接解法,大大提高了计算效率。为了能够提高反演结果的稳定以及对异常边界分辨能力,采用L曲线法求取正则化因子、TV的稳定因子以及共轭梯度方法进行反演目标函数的求解,研究表明,反演结果高效、准确。最后对不同井地观测方式的反演结果进行对比分析,得出井地直流电阻率异常特征和分布规律。     

浮土的视电阻率曲线及其应用

对直流电阻率法异常产生干扰的地电体有地形、接触面和浮土等。浮土也可称为地表电性不均匀体^[1]。我们对地形改正方法^[2]直立接触面量板^[3]作过研究后,应用电阻网络模拟机和电子计算机,研究了浮土的视电阻率异常。     

电阻率剖面法探测深度的研究

在考虑了异常体的形态、异常体和围岩的电性差异、供电极和接收极测量误差、供电电流误差、仪器测量精度,以及外界干扰等因素的基础上,提出了用电位异常来描述电阻率剖面法中探测深度的定义。通过编程,计算得到各向同性均匀半空间中球体异常,在电阻率剖面法中的电位异常,得出在特定条件下的探测深度。定量分析了联合剖面法中探测深度与电极距AO、供电电流和外界干扰的关系。制作并完成了软件的各种正演计算,可以为电阻率剖面法野外施工前的电极距大小、供电电流的设计等提供参考。     

基于电场矢量有限元三维高频大地电磁倾子响应与感应矢量研究

一个或多个异常体的识别与区分及边界的确定是电磁法探测中提高分析精度的难点。本文利用基于电场的矢量有限元开展了复杂模型三维倾子响应及感应矢量研究。实感应矢量对电流聚集方向的指向性与分析频率的趋肤深度及介质的相对电性大小有关,通过这种指向性能有效地判定异常体的上界面和多个不同性质异常体的存在,但难以对下界面进行判定;虚感应矢量反映了感应电流(涡流)的流动方向,不同电阻率的地质体其感应电流的大小和方向不同,利用虚感应矢量的旋转方向、中心轴及分析频率的探测深度可有效地确定异常体的中心和上下界面。虚感应矢量相对于趋肤深度具有反映更大探测深度的能力,能有效地显示深部异常体对感应电流大小和方向的影响。数值模拟结果表明:虚感应矢量对异常体的识别与区分优于传统的电阻率和倾子参数。     

温纳装置探测孤石深度影响因素及其数值模拟研究

随着高密度电法温纳装置在实际工程中的广泛应用,其探测深度的研究也显得十分重要。本文在详细分析了探测深度的各种影响因素后,对温纳装置探测深度基本理论进行了深入研究,得出了温纳装置探测深度跟误差扰动、异常体半径、异常体相对电阻率和电极距四个重要因素之间的关系。研究结果表明,温纳装置的探测深度是随误差扰动的增大而减少的,是随异常体半径的增大而呈非线性增大的。相对电阻率在1附近时探测深度最小,但增大到一定程度后,探测深度基本稳定,没有大的变化。当其它因素保持不变时,探测深度是随着电极距的增大而增大,但增大到一定范围后,探测深度反而会变小。最后结合理论分析与工程实际,通过对温纳装置探测孤石深度的数值模拟,提出了增加温纳装置探测孤石深度的正确方法。     

电法在基桩桩长检测中的应用

应用地下单点电极(或多点电极)与无穷远电极向地下供电产生电场分布的特点,通过检测地表电位差的分布,可以确定地下单点电极(或多点电极)的埋深,从而达到检测混凝土管桩桩长的目的.结合工程项目,对预应力管桩的实际桩长进行了检测,电测井测试对比检验说明检测是成功的.用电法检验工程桩桩长,弥补了低应变反射波法难于有效、精确检测多节预应力管桩实际桩长的困难局面,可有效发现工程质量隐患.     

高密度电阻率勘测方法分辨率研究与探讨

随着高密度电阻率法在工程中的应用日益广泛,对分辨率的影响因素分析研究也受到重视。论文以均匀半空间局部直立异常体为探测目标,建立多个基于温纳高密度电法装置的地电模型,采用有限元等方法进行正反演数值模拟分析,对高密度电阻率法探测分辨率的影响规律进行探讨。分析表明,地形起伏会引起异常体的位置与形态发生畸变和位移,分辨率降低; 电阻率差异增大,分辨率提高; 深径比增大,分辨率降低; 当异常体的水平范围一定时,探测分辨率随纵深的增大而提高。     

降雨条件下软岩边坡渗流-软化分析方法及其灾变机制

降雨条件下软岩边坡的灾变问题是滑坡领域研究的热点与难点。采用间接耦合法进行软岩边坡降雨入渗分析,根据软岩边坡非饱和渗流-应力计算原理,建立了软岩边坡渗流效应分析方法;将软岩抗剪强度的遇水软化特征动态赋予暂态饱和区中对应的软岩体,模拟降雨渗流条件下软岩边坡的软化效应;将渗流与软化相结合,建立基于暂态饱和区的软岩边坡降雨-渗流-软化-灾变的数值分析方法,并用于实例边坡的降雨灾变机制分析。结果显示,软岩边坡潜在滑动面深度随时间逐渐变浅,安全系数-时程曲线呈反向复曲线形态,当边坡开始软化时曲线上出现拐点。边坡稳定性计算结果与实际情况基本相符,表明思路与方法具有一定正确性,可为软岩边坡治理方案设计提供理论依据。     

地质作用深度测算中的问题

迄今为止,地质作用的深度通常是用压力除以密度来计算的。这种方法只在假设岩石处于静止的液体状态下才是正确的。然而,实际上从浅部地壳直至地幔深处的岩石都是固体状态而不是液体状态,且粘性系数随浓度递增。实测数据表明,地下水平压应力总是大于垂直压应力,说明构造力在量值上超过重力。所以,在地壳中进行地质作用深度的测算必须把岩石看作是固体并依据固体物理理论。因此,吕古贤等在文献〔１６〕中提出的深度测算方法（１     

一种改进的电法勘探技术在探测隐伏溶洞的应用

贵州岩溶地貌分布广泛,地质情况非常复杂,严重影响重大工程建设和地下水安全,文章提出一种改进的电法勘探技术,对不良地质体勘查取得了成功应用。以直流电法理论为基础,该方法是根据视电阻率微分统计原理,由电流密度分布规律与供电电极AB两极分布总存在着一定的对应关系,在野外同一供电测线(剖面)上,通过不断加密改变供电极距AB的位置,观测测量电极MN之间的电性参数变化,求取剖面相应纵向空间上,较大深度的(近地表的)近似连续视电阻率地电断面异常。此方法在深300 m以浅的岩溶区隐患排查中取得较好勘查效果,对煤矿钻孔及页岩气钻孔的选址探测误差能够控制在7%以内,值得进一步探索实践。     

关于频率电磁测深几个问题的探讨(二)——频率电磁测深探测深度的几个问题分析

分析了天然源频率电磁测深(MT/AMT)及人工源频率电磁测深(FEM/CSAMT)的探测深度及评估方法。人工源频率电磁测深在观测点侧面有发射源,分析其探测深度的有关问题比较复杂,除受地电断面和发射频率的影响外,收-发距(偏移距)的作用很大。考虑实际应用,在探测对象已定和仪器频率范围已知情况下,通过模拟计算研究了偏移距对探测深度的影响。将偏移距和频率、地电断面参数同时考虑,综合反映出场区对探测深度的影响,通过模拟计算出典型频率电磁测深曲线。曲线特征说明:近区场仅能做几何测深,只有满足远区或中区(过渡区)的条件才能实现频率电磁测深。人工源频率电磁测深探测深度的影响因素较天然源频率电磁测深多了偏移距的作用,其深度评估式应是经验的。所阐述的频率电磁测深的探测深度及评估方法是偏重理论的,并以此指导施工设计或作半定量解释;要更准确得出频率电磁测深的探测深度应通过正确的反演解释。      

一种沟灌累积入渗量简化计算方法

为简化沟灌二维累积入渗量的数值计算,采用理论分析和数值模拟相结合的方法,研究分析了土壤初始含水率、入渗水深、沟底宽、边坡系数、土壤质地和容重等因素对沟灌边界效应和拟合系数γ的影响,并建立了系数γ与主要影响因素间的函数关系式,提出了沟灌累积入渗量简化计算方法.结果表明,土壤初始含水率、沟底宽和边坡系数对沟灌边界效应的影响较小,而入渗水深、土壤质地和容重对沟灌边界效应的影响显著;拟合系数γ主要与入渗水深的变化有关,随入渗水深的增大呈现减小趋势,但对初始含水率、沟底宽、边坡系数、土壤质地和容重等因素变化的敏感性较低,可忽略其影响;建立了估算拟合系数γ的计算式,结合已有文献资料对其可靠性进行了验证,结果表明黏壤土和砂壤土不同入渗时间内,其沟灌累积入渗量计算值与实测值和HYDRUS软件模拟值具有高的一致性,说明文中所建公式估算拟合系数γ值可靠.研究结果可为简化沟灌累积入渗量的数值计算提供理论依据和技术支撑.     

土体受冲击时Rayleigh波作用机制探讨

土体受冲击作用(或称强夯)时Rayleigh波（简称R波）的产生与传播对土体起着不可忽视的作用,重点研究了R波在强夯加固地基中的作用,并结合土体的振动特性,对R波的传播特点、影响深度、引起的变形和体积变化规律进行了讨论。结果表明,R波为强夯法的有效加固波形,其影响深度约为一个波长左右,且对锤底土能起到加密作用,对夯坑以外的土表面在R波的传播过程中有变松作用。结合工程实例给出了成层地基土中R波弥散曲线的求解方法和科学估算强夯影响深度的方法。突破了一直沿用至今的Menard估算加固深度公式的局限。由此可得出,R波在强夯加固地基中有较大的贡献,并非是单纯的有害波的结论。