煤礦復(fù)雜采空區(qū)瞬變電磁響應(yīng)及解釋方法研究.pdf

1、我國的能源結(jié)構(gòu)決定了其對煤炭資源的依賴性。隨著煤礦開采范圍和開采深度的不斷增加，所留下的采空區(qū)常有大量的積水，極易造成突水災(zāi)害。為了避免此類安全事故的發(fā)生，尋求探查此類復(fù)雜采空區(qū)精確位置及富水性的方法具有重要意義。目前，探查煤礦災(zāi)害水源的礦井地球物理方法主要有礦井直流電阻率法和礦井瞬變電磁法，其中礦井瞬變電磁法以其施工便捷、工作效率高和對低阻體反映靈敏等特點(diǎn)被廣泛應(yīng)用于煤礦災(zāi)害水源的探查。
　　本文通過對煤系地層中發(fā)育的單層低阻采

2、空區(qū)、高阻采空區(qū)及多層采空區(qū)等不同地電模型的瞬變電磁物理模擬實(shí)驗(yàn)和正演數(shù)值模擬計(jì)算，分析了不同條件下的復(fù)雜采空區(qū)的瞬變電磁響應(yīng)特征。由實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬結(jié)果可知，高阻圍巖中的單層低阻（積水）采空區(qū)情況下，瞬變電磁法信號反應(yīng)靈敏；而高阻（充氣）單層采空區(qū)情況下，信號反應(yīng)不靈敏，且探測采空區(qū)位置準(zhǔn)確性還存在一定誤差；多層采空區(qū)情況下，兩煤層中間層厚度大小與其感應(yīng)電動勢大小成正比關(guān)系，并通過數(shù)值模擬方法研究了上組煤層和下組煤層在含水及不含水等多種

3、復(fù)雜情況下瞬變電磁響應(yīng)特征。對多層采空復(fù)雜區(qū)響應(yīng)結(jié)果分析可知，復(fù)雜采空區(qū)存在的情況下，會對瞬變電磁法探測的分辨率造成不利影響，減弱瞬變電磁法的探測能力。為了克服這種不利影響，須對瞬變電磁解釋方法進(jìn)行針對性改進(jìn)?；谏鲜鲈蛟跀?shù)據(jù)解釋的同時需要提出一種新的算法消除復(fù)雜采空區(qū)對瞬變電磁精度的影響。
　　針對復(fù)雜煤層采空區(qū)的屏蔽影響，本文提出了改進(jìn)阻尼最小二乘法反演方法完成了瞬變電磁數(shù)據(jù)擬合。具體研究內(nèi)容如下：在利用“煙圈”成像反演得出

4、的電阻率剖面作為阻尼最小二乘反演初始模型的基礎(chǔ)上，對實(shí)測數(shù)據(jù)進(jìn)行晚期視電阻率轉(zhuǎn)化，以晚期視電阻率相對誤差作為收斂標(biāo)準(zhǔn)，推導(dǎo)了迭代方程，實(shí)現(xiàn)瞬變電磁數(shù)據(jù)擬合，并提出了阻尼因子修正方法、設(shè)定了參數(shù)上、下界，在保證收斂良好的情況下，完成了阻尼最小二乘法擬合，使迭代參數(shù)達(dá)到最大步長，提度和精度高了反演算法的運(yùn)算速。
　　通過對復(fù)雜采空區(qū)的的正反演理論的研究，結(jié)合煤層復(fù)雜采空區(qū)探測實(shí)例，證明所得結(jié)論正確性。驗(yàn)證了改進(jìn)阻尼最小二乘法擬合的實(shí)用