基于钻孔瞬变电磁法的超前探测技术研究及应用

作     者：王刚 

作者单位：中国矿业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：王勃

授予年度：2023年

学科分类：081801[工学-矿产普查与勘探] 081802[工学-地球探测与信息技术] 08[工学] 0818[工学-地质资源与地质工程] 

主      题：钻孔瞬变电磁 超前探测 定位 层位识别 三分量 

摘      要：随着煤炭开采向深部进军,煤矿井下地质环境亦愈加复杂,对矿井水害致灾源精准探测技术提出了新的挑战。为了保障煤矿安全生产,对地球物理探测技术的研究及应用具有十分重要的意义。本文从数值模拟、物理模拟和现场实测三个方面开展了钻孔瞬变电磁超前探测技术研究及应用分析。通过建立井下三维数值模型并开展相关实验,分别研究了方位、体积、径向距离和岩层的视电阻率变化下磁场分布和响应信号特征及差异规律,为实验应用提供理论依据。主要研究成果如下:(1)在方位实验研究中,通过分析异常体磁场强度和线圈信号特征,论证了当径向距离相同,各个方位的磁场强度相等;证明了当异常体距离某一分量的法方向越近,该分量的感应电压值越高。实验结果表明,三分量线圈将待测空间分为8个区域,感应电压正负性能够反映异常体所处区域,方位精度可达87.5%,结合感应电压值变化趋势后,精度会得到小幅度提升。(2)在体积实验研究中,通过研究异常体磁场分布和感应电压曲线,论证了异常体体积越大,二次场持续时间越长,磁场衰减越慢,感应电压值越大。在体积增大过程中,小体积异常体感应电压增幅较大,大体积异常体感应电压增幅较小,感应电压增幅逐渐降低。(3)在距离实验研究中,通过分析数值模型的磁场强度和感应信号特征,论证了随着径向距离逐渐增大,二次场持续时间越短,磁场衰减速度越快,磁场强度越小,感应电压值越小。数值模拟结果显示,当径向距离小于5m时,感应电压值下降较快,降幅超过50%;当径向距离大于5m时,感应电压值下降较慢,电压曲线逐渐趋向于水平。通过现场测试,证明了课题组联合研制的钻孔瞬变电磁仪井下探测径向有效半径大于12.5m。(4)在层位识别实验研究中,通过分析岩土层的磁场强度和感应电压变化曲线,论证了视电阻率因素对磁场分布的影响大于距离因素,视电阻率越低,感应电压值越高。岩土层视电阻率差异越大,磁场和感应电压值变化越明显。低阻岩土层可以提高周围岩土层的感应电压值,视电阻率越高,距离越远,提升幅度越低。Y分量线圈感应信号质量要强于X、Z分量线圈,为资料解释提供指导。本文通过研究方位、体积、径向距离和视电阻率因素影响下的磁场分布和感应信号,证实了在井下超前探测中,钻孔瞬变电磁比矿井瞬变电磁和巷孔瞬变电磁更具精准性和敏感性,为以后的反演算法研究和资料解释提供指导。通过井下超前探测应用,在水平及垂向两个角度对视电阻率异常区域进行圈定,确定低阻异常区,并进行富水性评价。该论文有图74幅,表14个,参考文献84篇