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采煤工作面底板水双频激电法数值仿真与探测试验

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煤炭学报 2022年第8期47卷 3024-3036页

作者：胡雄武徐标张平松吴荣新付茂如程林安徽理工大学地球与环境学院安徽淮南232001 矿山地质灾害防治与环境保护安徽普通高校重点实验室安徽淮南232001 深部煤矿采动响应与灾害防控国家重点实验室安徽淮南232001

深部煤层开采常遭受底板水害威胁,严重影响煤矿安全高效生产。采用矿井电法实施采场底板岩层富水性探测是煤矿水害防治工作中的一项重点内容,但该方法面临实测电阻率多解性强及异常定位不准的难题。为进一步提高对岩层富水区的判定精度... 详细信息

深部煤层开采常遭受底板水害威胁,严重影响煤矿安全高效生产。采用矿井电法实施采场底板岩层富水性探测是煤矿水害防治工作中的一项重点内容,但该方法面临实测电阻率多解性强及异常定位不准的难题。为进一步提高对岩层富水区的判定精度,提出了采煤工作面双频激电(Induced Polarization,IP)全方位探测方法。结合淮南矿区深部A组煤层顶底板地质与地电条件,构建了不同方位的圆柱体富水异常地电模型;以Cole-Cole模型为激电效应基础,采用有限元方法实施了双频激电数值模拟,理论分析了不同异常模型的激电视参数响应特征,其结果表明:①单巷激电视参数表现为低阻高频散异常,曲线“交点”可准确定位异常模型的走向位置,但难以确定异常模型的准确方位。②双巷透视各发射点对应的激电视参数曲线在异常模型附近聚焦,同样表现为低阻高频散异常特征,发射点与异常模型的位置关系决定了视参数曲线形态及性质,接收点与异常模型的位置关系决定了异常幅度大小。激电视参数对面内及巷道底板异常模型的响应幅度大,对面外模型异常响应幅度偏小。为进一步评价激电视参数成像精度,对比分析了双巷透视和全方位数据的三维反演结果,表明单巷测深和双巷透视数据可相互约束,利用全方位方法所得的激电反演结果能精准定位各异常模型,体现了该方法的优越性。工程实践进一步表明,该方法能有效降低电性异常的多解性,大幅提高异常空间定位精度,改善煤层底板岩层富水区的判定效果,为煤矿水害精准防治提供了有力的技术支撑。

关键词：采煤工作面底板水双频激电法数值仿真

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瞬变电磁共中心零磁通线圈研制与试验

煤炭学报 2023年第2期48卷 918-930页

作者：胡雄武陈人峻张平松吴荣新付茂如周昊钰安徽理工大学地球与环境学院安徽淮南232001

基于小尺度共中心线圈的瞬变电磁方法因施工便捷、快速且对低阻体敏感等优点,而被广泛应用于矿山、交通、水利等领域的工程地质探测。但理论与实践表明,该方法实测早延时信号明显失真,所计算的视电阻率值严重偏离实际,从而造成该方法对... 详细信息

基于小尺度共中心线圈的瞬变电磁方法因施工便捷、快速且对低阻体敏感等优点,而被广泛应用于矿山、交通、水利等领域的工程地质探测。但理论与实践表明,该方法实测早延时信号明显失真,所计算的视电阻率值严重偏离实际,从而造成该方法对浅层地电信息的探测能力缺失,存在勘探盲区。为克服该技术缺陷,首先重建了共中心观测方式下仪器记录的瞬变场信号,基于理论分析研究了接收系统暂态过程和一次场对瞬变场观测信号的影响特征。结果表明,接收系统暂态过程和一次场是引起早延时数据失真的2个原因;与前者相比,后者对瞬变场有效分辨时间滞后的影响更大,为关键因素。同时指出在调制接收系统阻尼匹配情况下,进一步消除一次场干扰是减小勘探盲区的有效途径。基于此,考虑到发射线圈内、外磁场极性相反的特点,建立了共中心零磁通线圈的绕制方法,明确采用内、外接收线圈串联的方式可实现接收线圈内一次场总磁通量趋向于零(即零磁通);并通过公式推导,给出了内、外接收线圈匝数比的理论计算方法。现场试验结果表明:(1)内、外接收线圈匝数比的理论值较为可靠,但因线圈绕制存在误差,实际中还需结合线圈实测信号特征进行修正;(2)与中心线圈相比,所绕制的零磁通线圈受一次场干扰明显减小,瞬变场有效分辨时间大幅前移,早延时信号得到高度保真;在此基础上,通过增加内、外接收线圈匝数,可有效改善晚延时数据信噪比;(3)与中心线圈相比,零磁通线圈实测数据对试验区浅层地电信息的分辨能力明显增强,较好地解决了瞬变电磁方法存在浅层勘探盲区的技术难题,体现了零磁通线圈的可靠性和优越性,可为实际探测提供装备支撑。

关键词：瞬变电磁法零磁通线圈互感勘探盲区

线圈耦合距对坑道瞬变电磁场的影响与校正方法

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煤炭科学技术 2023年第2期51卷 306-316页

作者：胡雄武陈人峻张平松吴荣新郭立全付茂如安徽理工大学地球与环境学院安徽淮南232001

水害是我国煤层开采面临的主要灾害之一,坑道瞬变电磁方法作为一种有力的坑道水害探测手段,近年来已广泛应用于我国各大煤矿区,但受坑道空间限制,线圈与围岩表面存在不等的耦合距,导致不同测点观测的瞬变场存在差异,进而影响岩层富水性... 详细信息

水害是我国煤层开采面临的主要灾害之一,坑道瞬变电磁方法作为一种有力的坑道水害探测手段,近年来已广泛应用于我国各大煤矿区,但受坑道空间限制,线圈与围岩表面存在不等的耦合距,导致不同测点观测的瞬变场存在差异,进而影响岩层富水性的判定精度。为此,基于数值仿真技术研究了坑道内有和无金属支护条件下耦合距对瞬变场的影响,其结果表明:(1)坑道内无金属支护时,耦合距对瞬变场的影响主要集中在早期,且随瞬变场时间延迟而快速减小,对实测瞬变场数据的影响基本可以忽略。(2)坑道内存在金属支护时,瞬变场曲线存在明显的拐点,其对应时间因围岩电阻率增大而延长;与无金属支护的瞬变场相比,拐点前瞬变场响应幅值受金属影响显著增大且无明显规律;拐点后瞬变场幅值有较大变化,但衰减趋势一致;耦合距对瞬变场响应的影响大,尤其是坑道掘进正前方观测点,其对耦合距的变化更为敏感;不同探测方位不同围岩电阻率及不同耦合距条件下获得的瞬变场曲线相关系数趋向于1,曲线之间具有对数平移特性。据此提出了瞬变场晚期数据平移校正方法,并针对坑道掘进前方低阻球状模型进行了数值验证,与校正前的数据对比表明,校正后的瞬变场数据对低阻体的判定精度更高,有效降低了耦合距对瞬变场观测的影响。现场试验进一步佐证了该方法的可靠性,可为坑道水害防治提供技术支撑。

关键词：坑道瞬变电磁耦合距平移校正矿井水害超前探测

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煤系上覆地层移动变形钻孔多参数监测技术

煤炭学报 2022年第8期47卷 2907-2922页

作者：张平松孙斌杨许时昂吴荣新付茂如甘圣丰刘畅安徽理工大学深部煤矿采动响应与灾害防控国家重点实验室安徽淮南232001 安徽理工大学地球与环境学院安徽淮南232001 安徽省皖北煤电集团有限责任公司安徽宿州234000

精准获取煤层采动上覆地层结构全程演化特征与破坏规律是煤炭资源绿色、安全、高效开采的重要研究内容。光纤传感测试作为一种无源、高信噪比、高精度且长距离的变形监测技术,目前在矿井工程领域得到应用。结合煤系上覆地层移动变形研... 详细信息

精准获取煤层采动上覆地层结构全程演化特征与破坏规律是煤炭资源绿色、安全、高效开采的重要研究内容。光纤传感测试作为一种无源、高信噪比、高精度且长距离的变形监测技术,目前在矿井工程领域得到应用。结合煤系上覆地层移动变形研究现状及其技术发展思考,提出了钻孔全断面多场多参数监测技术体系。通过对光纤传感测试技术体系及常见的几类光纤技术(FBG,OTDR,BOTDR,BOTDA和BOFDA)在矿井应变监测中的应用分析,讨论了光纤监测技术在应用中存在的4类关键技术问题;在对感知系统、调制解调系统、信号传输系统、数据处理与分析系统、远程监控与预警处理系统5个系统组成研究的基础上,逐步构建了钻孔全断面多场多参量监测技术体系,包括传感单元安装工艺、钻孔回填材料选取、多场参数联合反演及灾害预警等关键技术内容,通过利用井下及地面钻孔布设岩土层变形等参数感知系统,进行多场多参数实时获取,可以实现对岩土层变形破坏的动态预测评价。结合陕西招贤井田一采区某工作面的地表垂直钻孔监测实例,讨论了硬质顶板岩层钻孔全断面多场多参数监测的过程,揭示了岩层变形多场响应特征及其破坏结构参数。基于应变场和地电场(电阻率、电流)分布特征,并结合煤系地层地质资料,对煤层采动期间超前支承压力、滞后垮落距离、“两带”发育规律及离层演化特征等进行了综合分析。

关键词：光纤传感多场多参量钻孔全断面智慧矿山建设

矿井工作面底板岩层赋水性双巷立体电法探测技术研究

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矿井工作面底板岩层赋水性双巷立体电法探测技术研究

作者：付茂如安徽理工大学

学位级别：硕士

矿井工作面受底板水害的威胁日益严重,工作面在回采前进行底板岩层赋水性探测变得尤为重要。矿井直流电法特别是电穿透技术对岩层赋水性反应敏感,目前已广泛应用于底板水害探测。但受现场施工条件及方法技术的限制,现有的探测技术在数... 详细信息

矿井工作面受底板水害的威胁日益严重,工作面在回采前进行底板岩层赋水性探测变得尤为重要。矿井直流电法特别是电穿透技术对岩层赋水性反应敏感,目前已广泛应用于底板水害探测。但受现场施工条件及方法技术的限制,现有的探测技术在数据采集、赋水异常区定位精度等诸多方面仍存在不足。因此积极开展工作面底板赋水性立体电法探测技术研究具有较强的实际应用价值。论文在总结分析现有的电穿透技术的基础上,构建并完善了矿井工作面底板赋水性双巷立体电法观测系统,及其数据常规处理和三维反演处理技术。根据淮北矿区6煤层底板地层特征,通过数值模拟技术,从电场分布规律及视电阻率异常特征方面验证了立体电法技术的有效性及可靠性;论文同时通过物理模型实验,采用不同的探测方式对不同的地电模型进行实验模拟,对比分析后进一步确定了立体电法探测技术在矿井工作面底板赋水性探测中的有效性及优越性。经过数值模拟及物理模型实验后,在淮北矿区进行了现场探测对比实验。现场探测对比实验结果表明,该技术对工作面底板下岩层赋水性探测相较与其他探测方法,准确率更高,对于赋水区的定位更为准确,对矿方防治水工作具有很强的指导意义。另外,通过统计对比分析淮北矿区相关工作面的底板防治水钻孔出水量、注浆量及视电阻率值,对矿区岩层富水程度的视电阻率值定量解释及注浆效果定量评价进行了初步探索。论文最后对矿井工作面底板岩层赋水性立体并行电法探测技术发展进行了思考,为矿井工作面底板水害探测及防治水检测提供了方向。

关键词：底板赋水性双巷立体电法探测技术空间电阻率反演正演模拟物理模型实验模拟定量评价

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巢湖地学实习基地利用现状及建设建议

黑龙江教育（高教研究与评估） 2022年第1期 35-38页

作者：陈健刘文中付茂如安徽理工大学地球与环境学院安徽淮南232001 安徽理工大学安徽淮南232001

安徽巢湖地学实习基地野外教学资源丰富、地质现象典型、路线和观察点集中、指导教材完备、后勤保障可靠、交通设施方便,是国内开展地球科学专业群野外实践教学的极佳场所,全国40余所高校地质相关专业曾在此实习。然而,实习基地缺乏持... 详细信息

安徽巢湖地学实习基地野外教学资源丰富、地质现象典型、路线和观察点集中、指导教材完备、后勤保障可靠、交通设施方便,是国内开展地球科学专业群野外实践教学的极佳场所,全国40余所高校地质相关专业曾在此实习。然而,实习基地缺乏持续建设、合理维护和有效管理,实习高校数量锐减,基地利用率较低。运营良好的实习基地是实习教学质量的前提和保障,文章详细介绍了巢湖地学实习基地的基本情况和运行利用现状,并就基地建设提出建议,以期为基地的可持续发展提供参考。

关键词：实习基地地球科学基地建设巢湖

煤层采动覆岩富水性变化规律瞬变电磁法动态监测

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煤炭学报 2021年第5期46卷 1576-1586页

作者：胡雄武徐虎彭苏萍张平松付茂如安徽理工大学深部煤层采动响应与灾害防控国家重点实验室安徽淮南232001 安徽理工大学矿山地质灾害防治与环境保护安徽普通高校重点实验室安徽淮南232001 安徽理工大学地球与环境学院安徽淮南232001 中国矿业大学(北京)煤炭资源与安全开采国家重点实验室北京100083 中国矿业大学(北京)矿山生态修复研究院北京100083

黄河流域中上游煤炭资源的大规模开发已造成生态环境的持续恶化,掌握煤炭开采对地下水系统的影响规律有助于实现煤炭资源开发与生态环境保护的协调发展。以陕北柠条塔煤矿南翼为研究区,通过地质与地电条件的分析,建立了地电模型;基于时... 详细信息

黄河流域中上游煤炭资源的大规模开发已造成生态环境的持续恶化,掌握煤炭开采对地下水系统的影响规律有助于实现煤炭资源开发与生态环境保护的协调发展。以陕北柠条塔煤矿南翼为研究区,通过地质与地电条件的分析,建立了地电模型;基于时域电磁场理论,模拟分析了正常(不含水)和异常(局部含水)地电模型条件下瞬变电磁场的扩散过程和发射回线中心点电压曲线的衰减特征,结果反映10 ms内含水异常体的瞬变电磁场响应明显,且不同层位含水体的响应时间和幅值有较大差异,从理论上表明了利用瞬变电磁法探测研究区地下水的可行性。针对研究区测试条件,结合数值模拟和现场试验结果,确定选择25 Hz的发射频率有利于瞬变电磁场衰减早、中期数据的获取。通过对研究区地层的瞬变电磁场动态监测,对比分析了2^(-2)煤层开采前后地层在纵横向上的电性变化特征,表明煤层开采总体上降低了直罗组(J2z)和延安组(J2y5)岩层的富水性,且相对富水区位置从采前的中至北部变化为采后稳定期的东北部,指出富水性的变化与地层结构的改变、上覆土层隔水性能的变化以及地下水补给等密切相关,进一步反映了煤炭开采对地下水系统具有显著影响。最后,讨论认为瞬变电磁动态监测结果有一定的局限性,应进一步综合研究区其他成果从整体上揭示煤层开采对地下水系统的影响规律,从而为该矿区生态环境保护与修复提供参考。

关键词：煤炭开采采动覆岩富水性瞬变电磁法动态监测

不同充填介质下的溶洞跨孔电阻率CT探查数值模拟

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中国岩溶 2019年第5期38卷 766-773页

作者：胡富彭欧元超付茂如安徽理工大学地球与环境学院

城市地铁修建过程中常常会遇到溶洞等不良地质条件,为更加准确探查地下溶洞的位置和大小,采用有限元法和最小二乘法正反演数值模拟手段,利用孔距、电极距和与钻孔距离三个变量构建了地下溶洞的地电模型,分析并总结了跨孔电阻率CT法对充... 详细信息

城市地铁修建过程中常常会遇到溶洞等不良地质条件,为更加准确探查地下溶洞的位置和大小,采用有限元法和最小二乘法正反演数值模拟手段,利用孔距、电极距和与钻孔距离三个变量构建了地下溶洞的地电模型,分析并总结了跨孔电阻率CT法对充气、充水和部分充水溶洞的电阻率响应特征及规律。结果表明:部分充水溶洞的水、气分界面明显,低阻区域和高阻区域与溶洞充水、充气部分位置大小一致,且随着溶洞充水量的增加,溶洞低电阻率响应增强,其异常范围向溶洞顶部扩大;跨孔电阻率CT法能够有效识别溶洞充填性状。

关键词：跨孔电阻率溶洞电阻率响应数值模拟

坑道瞬变电磁全程数据分析及1∶1含水模型试验研究

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岩土工程学报 2014年第11期36卷 2103-2109页

作者：胡雄武张平松吴荣新李培根付茂如安徽理工大学地球与环境学院安徽淮南232001 福州华虹智能科技开发有限公司福建福州350004

考虑到接收系统过渡过程及电流关断时间,通过对接收系统冲激响应函数、一次电动势及二次全程感应电动势理论公式的推导,还原了接收瞬变电磁全程响应信号,与理论全程数据的对比分析表明,电流关断时间和接收系统过渡过程给早、中延时段瞬... 详细信息

考虑到接收系统过渡过程及电流关断时间,通过对接收系统冲激响应函数、一次电动势及二次全程感应电动势理论公式的推导,还原了接收瞬变电磁全程响应信号,与理论全程数据的对比分析表明,电流关断时间和接收系统过渡过程给早、中延时段瞬变场造成严重的畸变,导致数据解析不能有效识别坑道前方近距离地电信息。为评价畸变段数据对坑道超前探水的影响,建立坑道前方1∶1定量水仓模型,通过在掘进工作面连续观测100 m3以内水量变化情况下的瞬变场响应数据,分析并获得了含水模型的瞬变异常响应特征,确定其响应时窗处于畸变数据段,进一步指出现有坑道超前探水技术仍需不断改进,以提高超前预测精度。

关键词：瞬变电磁坑道超前探水全程响应畸变数据近距离地电信息 1∶1含水模型