煤礦工作面回采過程中常遇到構造和礦井突水,嚴重影響生產(chǎn)進度及人員設備安全,目前針對工作面內地質異常探測的物探方法都有其自身的局限性。反射瞬變電磁因探測深度有限,往往不能對工作面內地質構造進行有效探測。透射瞬變電磁法相對反射瞬變電磁法有定位準確等諸多優(yōu)點,本文借助數(shù)值模擬來對磁性源透射瞬變電磁技術進行研究。首先基于麥克斯韋方程和時域有限差分理論實現(xiàn)了瞬變電磁三維有限差分正演計算,采用磁偶極子作為發(fā)射源,采用CPML邊界來減小計算空間和邊界處的反射。在此基礎上,對均勻全空間模型、煤層和巷道模型、工作面內高阻體模型和工作面內低阻體模型分別進行了數(shù)值模擬,對各模型的透射響應特征進行了分析總結,并將其與反射響應特征進行了對比分析。研究結果表明:(1)均勻全空間中磁偶極子的“煙圈”始終處在磁偶極子的等效載流電流環(huán)所在平面上,從電流環(huán)中心向外擴散,這與半空間中的擴散規(guī)律有所不同。(2)數(shù)值模擬結果顯示透射瞬變電磁法相較于反射瞬變電法,理論上具有更大的探測范圍,在高阻圍巖中透射有效距離可以進一步增加。(3)煤層和巷道的存在對反射瞬變電磁響應影響較小,對透射瞬變電磁響應的影響較大。(4)透射瞬變電磁法同反...

【文章頁數(shù)】：75 頁

【學位級別】：碩士

【文章目錄】：
摘要
abstract
1 緒論
    1.1 選題背景及研究意義
        1.1.1 選題背景
        1.1.2 研究意義
    1.2 國內外研究現(xiàn)狀
        1.2.1 國外研究現(xiàn)狀
        1.2.2 國內研究現(xiàn)狀
        1.2.3 存在的問題
    1.3 研究內容、研究方法與技術路線
        1.3.1 研究內容
        1.3.2 研究方法
        1.3.3 技術路線
2 三維全空間瞬變電磁場時域有限差分正演理論
    2.1 控制方程及其差分離散
        2.1.1 控制方程
        2.1.2 Yee元胞及差分離散
    2.2 穩(wěn)定性和數(shù)值色散
        2.2.1 CFL穩(wěn)定條件
        2.2.2 數(shù)值色散
    2.3 磁偶極源及其多方向加載方法
        2.3.1 瞬態(tài)磁偶極源
        2.3.2 源的多方向加載
    2.4 CPML邊界
        2.4.1 含PML的頻域Maxwell方程組
        2.4.2 CPML區(qū)域有限差分格式
    2.5 程序設計及驗證
        2.5.1 程序設計
        2.5.2 算法驗證
    2.6 本章小結
3 均勻全空間模型透射瞬變電磁數(shù)值模擬
    3.1 透射瞬變電磁法介紹
    3.2 水平磁偶極子產(chǎn)生的全空間電磁場分布規(guī)律
    3.3 均勻全空間透射TEM響應特征
    3.4 均勻全空間有效透射距離探討
    3.5 本章小結
4 礦井透射瞬變電磁數(shù)值模擬
    4.1 煤層和巷道對透射TEM響應的影響
    4.2 工作面內高阻體透射TEM響應特征
    4.3 工作面內低阻體透射TEM響應特征
        4.3.1 工作面內低阻板狀體透射TEM響應特征
        4.3.2 工作面內低阻柱狀體透射TEM響應特征
        4.3.3 工作面內距離發(fā)射源不同距離低阻體透射TEM響應特征
    4.4 本章小結
5 結論與展望
    5.1 結論
    5.2 展望
致謝
參考文獻
附錄



本文編號：4006289