多点源矿井直流电法超前探测有限元正演数值模拟

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煤矿掘进工作面的超前预报是保障煤矿安全生产的一项重要工作,矿井直流电法超前预报以抗电磁干扰能力强而得到广泛应用。论文基于不同位置地质异常体及巷道的影响,对矿井直流电法超前探测进行有限元正演数值模拟。求解了多点源供电情况下不同地电模型,对全空间无巷道电场的分布电场分布有了一定认识;并在此基础上建立巷道存在的模型,通过改变多点电流源的在巷道中的位置,供电电极的个数和供电电极极距建立不同模型,分析了不同场源参数对异常体的识别分辨能力,总结了巷道中多点电流源电场分布规律。研究取得以下成果:(1)论文对任意点源电位表达式进行了推导,选用自由四面体网格进行剖分,基于有限元法对三维空间分布的多点源电场进行了正演模拟。(2)通过有限元正演,求解了多点源供电情况下不同地电模型的电位,总结了电场分布规律,分析了有、无巷道两种情况下全空间的电场分布特点。无巷道情况下改变供电电极排列方向,基本对异常体响应无影响:增加供电电极个数和供电电极极距对异常体响应的幅值有所提升,整体趋势没有较大的变化。(3)通过改变多点电流源的在巷道中的位置,供电电极的个数和供电电极极距,分析了不同场源参数对异常体的识别分辨能力,总结了巷道中多点电流源电场分布规律。供电电极在巷道中的排列方向对异常体的识别有影响,当供电电极沿巷道截面较短边一侧布设时地质异常体的响应更为灵敏。增加供电电极的个数和供电电极的极距可提高异常体的定位能力,同时视电阻率幅值也增强,且视电阻率的幅位与供电电极个数和供电电极极距的乘积呈正相关。(4)受巷道空腔屏蔽影响,当场源远离巷道迎头时,对地质异常体响应的幅值变小。
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