复杂结构煤层电磁波CT探测研究

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论文从理论、技术方法上和现场试验方面研究了电磁波CT探测技术,取得了良好的效果,为煤矿安全生产提供保障。现总结如下:  1.通过对BPT,ART,SIRT三种算法的比较,确定SIRT方法为图像重建最优算法:其重建图像的距离测量值比其他两种方法相应的图像距离测量值小,迭代次数少,迭代收敛性好,收敛速度快,而且对投影数据误差的敏感度小。  2.通过对工作面不同地质情况电磁波传播的分析,得出如下结论:  (a)发、收工作巷道在同一煤层中,则电磁波可沿着煤层层理传播;  (b)厚煤层时,两巷道分别靠近顶、底板布置,则发、收点连线与岩层有一夹角Φ,如果Φ>30时,煤层的各向异性影响要考虑;  (c)发、收巷道之间存在断层,则电磁场强度主要反映电磁波传播过程中的煤层被断开以及岩石分布;  (d)工作面中存在褶曲情况,背斜时煤层底板和向斜时煤层顶板对电磁波传播的影响依褶曲幅度大小而变化,褶曲幅度越大则影响越大;  (e)褶曲构造和分层开采的影响所形成的煤厚变化情况,煤厚变化对电磁波传播影响较大时,通过吸收系数成像可以圈定煤厚变化趋势,同时通过局部点的已知煤厚则可半定量、定量标定煤层等厚线图;  (f)工作面中有隐伏陷落柱存在和火成岩侵入体存在时,通过吸收系数成像可以准确圈定这些不良地质体范围。  3.通过对断层、陷落柱、煤层厚度变化等不同异常体电磁波场特征识别,得出如下结论:  (a)断层的异常特征:透视曲线上的反映一般是η<-3的低值异常。  断层的落差变化不大时,电磁波穿越断层时,衰减增大,曲线变陡;而穿过断层后,场强又基本按正常煤层吸收系数衰减η曲线由在正常煤层中近于0dB,过断层衰减一定数量后,又在某一值左右上下摆动。  接收距离的加大与断层落差减小的方向一致时,看到穿过断层后η曲线会慢慢回升,脱离断层尖灭点后,η值将近等于0db。  接收距离增大和断层落差增大方向一致时,穿过断层后η曲线上的负值将越来越远离0dB  (b)陷落柱的异常特征:透视距离关系呈半漏斗或“V”字形。现场中,进入陷落柱时往往η<-20dB,煤与陷落柱的交界面η曲线上反映出一个拐点。当发射机靠近陷落柱一侧透视时,就会出现大范围的阴影区,η曲线在低值区摆动。  (c)煤层厚度变化的异常特征:当煤厚变化不太大(当然也不是微小变化),而影响范围较大或呈条带状时,其异常曲线与陷落柱相似。由于顶、底板压力造成的厚度变化时,异常反映明显;对于冲刷或其它构造成的煤厚变化,也有不同程度的异常反映,通过透视,可以确定其位置和范围。  4.通过对复杂结构煤层现场探测试验,采用WKT-D型坑透仪,设计观测系统,布置工程,针对井下人体干扰、金属支架、电缆等不同干扰因素,提出了边掘边挖、远离金属导线等解决方法,同时为了检验数据质量以及背景干扰的变化情况,设置了重复观测;经过数据采集、处理,根据成像衰减系数色谱图,识别了不同地质异常体电磁场特征,探明了13个异常区,圈定了工作面隐伏断层,划出了煤层厚度变薄区,电磁波CT探测技术应用效果良好,具有很好的推广价值。  展望:电磁波CT探测技术综合利用了电磁波传播理论、SIRT算法图像重建、场强计算、综合曲线解释、不同地质异常体特征识别等理论、算法、解释手段,在探测工作面地质构造方面取得了良好的地质效果,尤其对复杂结构煤层的探测,为矿井安全的预测技术提供了实用的手段,具有广阔的应用前景,但是有些构造在某些条件下,异常曲线较难分辨,有待于进一步深入的研究。如何确切地分辨地质构造的异常曲线,需要在以后的研究过程中,结合各矿区构造发育的特点,综合分析,找出规律。  
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