瞬变电磁法在铁矿采空区应用的研究 ——以岚县袁家村铁矿采空区为例

论文摘要

近年来,随着我国经济的发展,铁矿石的需求日益加大。铁矿石作为地下资源、工业原料在国民经济增长的作用越来越大,但是一直以来无休止的开采,也使地下留下了大量的采空区,给人们日常得生活和工作带来了严重的危害。为此研究采空区探测技术变的十分迫切。瞬变电磁法作为近年来发展最快并且广泛应用的一种时间域感应类电法勘探,其优点在于工作效率高,装备轻便,适合地面观测等,被广泛的应用在煤矿采空区的探测,但是目前在铁矿上应用的相对较少。本文通过针对岚县袁家村的特点,由于其地形起伏较大,岩石出露较多,考虑到传统的物探方法在本地区的测量工作难以开展,我们选用瞬变电磁法进行铁矿采空区试验研究。首先阐述了国内外采空区的的研究现状,调查并总结了国内矿山采空区的分布情况,简要的介绍了瞬变电磁法的发展状况、装置类型以及特点。在正演计算方面,在法拉第电磁感应的基础上,本文采用麦克斯韦方程,从频率域出发,进行汉克变换及余弦变换后,得出重叠回线地下瞬变电磁响应的公式,在推导正演公式过程中,引入了位移电流,目前文献中常常忽略位移电流。根据麦克斯韦理论所述位移电流也能产生磁场,而且都有旋场,位移电流只表示电位移通量随时间的变化率,是由变化着的电场产生,没有电荷作宏观定向运动,不产生焦耳热；传导电流仅导体中流动,而位移电流可以存在于有变化着的电场存在介质、导体和真空中。在介质中传导电流很小,位移电流可以很大,所以我们推导的公式忽略传导电流。根据上述推导的公式我们进行了一维重叠回线瞬变电磁正演模拟,本文主要进行了均匀半空间和三层层状大地的模型,可以看到,介质介电常数越大,瞬变电磁响应越大,激发的二次电压就越大。所以针对侵染状铁矿,其介电常数很大(矿石>水>空气),因此激发的二次电压也是铁矿石最大,水次之,空气最小,这就为瞬变电磁法的探测以及资料解释提供了依据。文章最后,在山西岚县袁家村铁矿试验区进行了实际应用,根据正演数值分析的结果加以解释。然后通过钻孔验证以及三维空间扫描发现,解释采空区的范围、大小跟实际采空区的情况基本一致,说明瞬变电磁在寻找铁矿采空区有良好的效果。本次采用瞬变电磁法在岚县铁矿采空区的试验研究,对以后类似侵染状铁矿地区的采空区探测有一定的理论以及指导意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究的目的意义
• 1.2 采空区探测国内外研究现状及国内采空区分布
• 1.2.1 采空区探测国内外研究现状
• 1.2.2 国内采空区分布
• 1.3 本文的主要内容与工作
• 1.4 本章小结
• 第二章 瞬变电磁法概述
• 2.1 瞬变电磁法简介
• 2.1.1 瞬变电磁发展概况
• 2.1.2 瞬变电磁法理论基础
• 2.1.3 瞬变电磁法工作装置
• 2.2 瞬变电磁法的特点及其局限性
• 2.3 岩矿石的电磁性质
• 2.4 本章小结
• 第三章 瞬变电磁正演数值计算
• 3.1 瞬变电磁法正演现状
• 3.2 麦克斯韦电磁场理论与电磁波方程
• 3.3 重叠回线层状模型的正演理论
• 3.4 瞬变电磁一维正演模拟
• 3.4.1 均匀半空间瞬变电磁响应
• 3.4.2 层状大地瞬变电磁响应
• 3.5 本章小结
• 第四章 探测铁矿采空区的试验研究
• 4.1 试验区地质概况
• 4.1.1 地层
• 4.1.2 矿区内主要矿体
• 4.1.3 构造
• 4.1.4 矿石类型及矿物组成
• 4.1.5 区域水文地质条件
• 4.2 数据采集
• 4.2.1 试验设备
• 4.2.2 测网布置
• 4.2.3 工作参数
• 4.2.4 野外数据质量检测
• 4.2.5 处理流程
• 4.3 数据处理
• 4.3.1 小波去噪
• 4.3.2 电压抽道
• 4.3.3 地形校正
• 4.4 试验区铁矿采空区电性分析
• 4.5 资料解释
• 4.5.1 剖面解释
• 4.5.2 立体分析
• 4.6 本章小结
• 第五章 工程验证
• 5.1 仪器介绍
• 5.2 现场测试
• 5.3 测试结果
• 5.4 结论
• 第六章 结论与建议
• 6.1 结论
• 6.2 不足与建议
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士期间发表的论文与参加科研项目情况