本文關(guān)鍵詞： 煤田火災(zāi) 磁法 自然電位法 高密度電法 激發(fā)極化法　出處：《中國礦業(yè)大學(xué)》2017年博士論文　論文類型：學(xué)位論文

【摘要】：煤田火災(zāi)是一種全球性的災(zāi)難,在各主要采煤國家均有發(fā)生。我國是世界上最大的產(chǎn)煤國和煤炭消費國,也是世界上遭受煤田火災(zāi)最為嚴(yán)重的國家,尤其以新疆、內(nèi)蒙古、山西和寧夏最為突出。煤火具有燃燒溫度高、燃燒面積大以及持續(xù)時間長的特點,它不僅直接燒失大量不可再生的煤炭資源,造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失,還會嚴(yán)重破壞生態(tài)環(huán)境,威脅火區(qū)周邊居民的生命財產(chǎn)安全。煤田火災(zāi)已成為威脅我國能源戰(zhàn)略安全以及生態(tài)和諧發(fā)展的重大問題,相關(guān)研究工作和工程實施迫在眉睫。煤火研究的最終目的是撲滅燃燒煤層,而滅火施工的前提是要找準(zhǔn)燃燒煤層的位置,從而有針對性地實施注漿注水、剝離覆蓋等滅火工程,提高防滅火工程的有效性和經(jīng)濟(jì)性。因此,煤火的探測是煤火研究的重點。煤田火災(zāi)是一個涉及地質(zhì)、礦山安全、地球物理、生態(tài)環(huán)境及工程熱物理等多學(xué)科交叉領(lǐng)域的復(fù)雜問題,加之其形成和發(fā)展歷史不清、燃燒系統(tǒng)不明、影響因素繁雜,導(dǎo)致煤田火災(zāi)的準(zhǔn)確探測一直是一個世界性的難題。本文針對煤田火災(zāi)探測的難題,通過采用集理論分析、實驗測試、數(shù)值模擬、沙箱實驗以及現(xiàn)場探測為一體的綜合研究手段對煤田火災(zāi)的磁、電異常成因,煤火發(fā)展不同階段的磁、電異常演變特征以及火區(qū)多元地球物理探測技術(shù)與數(shù)據(jù)融合方法開展研究,取得的主要成果和結(jié)論如下:以地磁學(xué)相關(guān)理論為基礎(chǔ),以實驗測試為手段,揭示了煤田火災(zāi)磁異常的來源,綜合分析了高溫影響下的巖石磁化率、剩余磁化強(qiáng)度和鐵質(zhì)礦物成分變化對磁異常的貢獻(xiàn)。采用數(shù)值方法建立了煤田火區(qū)地磁模型并開展了正演模擬,探析了煤田火災(zāi)不同發(fā)展階段的磁異常響應(yīng)特征,得到了煤田火區(qū)的磁異常形態(tài)隨燃燒溫度、埋深以及燃燒時間的演變規(guī)律。在新疆和什托洛蓋國家重點火區(qū)5號子火區(qū)開展了磁法探測工作,對磁異常數(shù)據(jù)進(jìn)行了化極、向上延拓等多種濾波技術(shù)處理,消除了近表層效應(yīng),在測區(qū)北部和南部清晰地分辨出了火區(qū)分布,且與地表踏勘結(jié)果相吻合,同時也指出了磁法對在燃高溫火區(qū)不敏感的缺陷及其彌補辦法。結(jié)合煤田火區(qū)實際地質(zhì)條件及地球物理理論,闡明了煤田火區(qū)以熱電位為主的自然電位異常來源。設(shè)計了煤田火災(zāi)自然電位異常綜合模擬實驗系統(tǒng),物理模擬了煤田火區(qū)的熱電位和氧化還原電位異常產(chǎn)生過程,明確了火區(qū)自然電位信號的來源及影響因素。在新疆和什托洛蓋國家重點火區(qū)5號子火區(qū)開展了自然電位法探測工作,采用向上延拓濾波處理技術(shù)優(yōu)化了自然電位數(shù)據(jù)質(zhì)量,圈定了三個分布于地表踏勘所圈定的火區(qū)范圍內(nèi)的自然電位異常區(qū),同時也指出了自然電位異常不能完整地反映出火區(qū)分布的缺陷。提出了基于磁異常和自然電位異常數(shù)據(jù)融合的火區(qū)綜合指數(shù)F來表征火區(qū),彌補了磁法和自然電位法單獨探測火區(qū)的缺陷。以巖石物理學(xué)為基礎(chǔ),通過開展實驗探析了巖石電阻率隨溫度的變化規(guī)律及其影響因素,揭示了載流子濃度升高以及熱破裂發(fā)展的耦合作用是巖石電阻率在高溫條件下的變化機(jī)制。以數(shù)值方法為手段建立了煤田火區(qū)地電模型并開展了正反演計算,得到了不同發(fā)展階段煤火的電阻率異常演變特征,掌握了火區(qū)電阻率異常形態(tài)及其動態(tài)發(fā)展過程。在山西安家?guī)X露天礦火區(qū)實施了高密度電法現(xiàn)場探測,在電阻率斷面圖上清楚地觀察到了由火區(qū)導(dǎo)致的低阻異常,驗證了高密度電法探測煤田火災(zāi)的有效性�；诘厍蛭锢硐嚓P(guān)理論,闡明了煤田火災(zāi)激發(fā)極化異常的形成機(jī)制,指出了高溫導(dǎo)致的煤的電子極化能力的增強(qiáng)以及煤中載流子交換效率的提高是導(dǎo)致煤田火災(zāi)激發(fā)極化異常的原因。設(shè)計并開展了煤田火災(zāi)激發(fā)極化沙箱實驗,驗證了煤火比原煤本身能夠引起更強(qiáng)的激發(fā)極化信號。采用自行開發(fā)的反演程序?qū)Χ坞妷簲?shù)據(jù)進(jìn)行了迭代反演和綜合標(biāo)準(zhǔn)化處理,還原了煤火的原始真實位置。在美國Lewis煤田火區(qū)開展了激發(fā)極化法、高密度電法以及自然電位法多元地球物理探測,在測線斷面上觀測到了與地表踏勘所確定的煤火位置相吻合的高極化率異常以及低阻異常,驗證了激發(fā)極化法能夠用于煤田火災(zāi)的探測。針對反演后的極化率和電阻率數(shù)據(jù)進(jìn)行了數(shù)據(jù)融合,提出了一個標(biāo)準(zhǔn)化的火區(qū)燃燒前緣指數(shù)IB,排除了在電阻率和極化率斷面中的其它干擾,且與地表測溫以及自然電位探測的結(jié)果相吻合。本文研究成果為正確認(rèn)識煤田火災(zāi)磁、電異常成因及煤火不同發(fā)展階段的磁、電異常響應(yīng)特征提供了理論支撐,所提出的基于多元地球物理探測的數(shù)據(jù)融合方法對于準(zhǔn)確定位煤田火災(zāi)進(jìn)而有針對性地實施滅火工程具有重要的指導(dǎo)意義。
[Abstract]:Coal fire is one of the world ' s largest coal producing countries and coal consuming countries , and it is one of the most serious problems in the world , especially in Xinjiang , Inner Mongolia , Shanxi and Ningxia . In this paper , the natural potential anomaly in coalfield fire area is analyzed by means of numerical method .

【學(xué)位授予單位】：中國礦業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：TD75

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本文編號：1479013