覆岩破坏稳定电场响应特征物理模拟研究

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地下采矿活动引起的上覆岩层变形破坏不仅容易引发矿区周边地面塌陷等地质灾害,同时也成为矿井突水等一系列安全事故发生的重要影响因素。开展覆岩变形破坏及其监测技术研究,为采矿设计和矿山安全生产提供可靠的技术支撑,具有重要的应用价值。  论文以覆岩破坏与电阻率变化的响应关系为基础,通过对应于实际地层介质的相似材料模型出发,在物理模拟和数值模拟研究的基础上,结合现场实测研究,建立了覆岩变形破坏规律和范围与电阻率变化的响应关系。  对覆岩变形破坏规律和直流电阻率法进行理论基础分析,主要分析了覆岩破坏在形态上的演变规律、覆岩破坏的影响因素与理论计算、覆岩破坏与地球物理场的响应关系、电阻率的正反演计算等,为物理和数值模拟研究提供重要的理论依据。  研究了相似材料物理模型的相似条件和可行性,根据相似准则建立相似材料物理模型,并推导了相似材料模型视电阻率计算公式。对采矿活动不同时期覆岩破坏与电阻率响应特征进行了动态测试,并对数据进行处理、分析、反演、成像。得出裂隙带电阻率是正常值的2~3倍,冒落带电阻率是正常值的4~5倍。应用FLAC3D对模型开采过程中覆岩破坏情况进行数值模拟,通过塑性变形区来确定覆岩破坏的规律和范围,验证相似材料物理模拟的可靠性。  通过现场实测研究,对实测数据进行处理,得到的电阻率与覆岩破坏的响应关系和相似材料物理模拟结果相符。确定的最大裂隙带高度为30m左右,与水文地质钻孔探测法结果吻合。  研究表明:因采矿活动引起的覆岩变形破坏会引起地层介质电阻率的变化,随着工作面的逐步推进,覆岩破坏范围不断增大,电阻率分布范围与其破坏范围有着正相关性。通过覆岩破坏与电阻率响应特征可以确定不同开采时期冒落带和裂隙带的发育高度,利用直流电阻率法对覆岩开展动态监测研究工作是可行的。
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