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

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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。
摘要第3-5页
ABSTRACT第5-7页
第一章 绪论第11-19页
    1.1 研究的目的意义第11-12页
    1.2 采空区探测国内外研究现状及国内采空区分布第12-16页
        1.2.1 采空区探测国内外研究现状第12-13页
        1.2.2 国内采空区分布第13-16页
    1.3 本文的主要内容与工作第16-17页
    1.4 本章小结第17-19页
第二章 瞬变电磁法概述第19-29页
    2.1 瞬变电磁法简介第19-24页
        2.1.1 瞬变电磁发展概况第19-20页
        2.1.2 瞬变电磁法理论基础第20-21页
        2.1.3 瞬变电磁法工作装置第21-24页
    2.2 瞬变电磁法的特点及其局限性第24-25页
    2.3 岩矿石的电磁性质第25-28页
    2.4 本章小结第28-29页
第三章 瞬变电磁正演数值计算第29-37页
    3.1 瞬变电磁法正演现状第29-30页
    3.2 麦克斯韦电磁场理论与电磁波方程第30-32页
    3.3 重叠回线层状模型的正演理论第32-35页
    3.4 瞬变电磁一维正演模拟第35-36页
        3.4.1 均匀半空间瞬变电磁响应第35页
        3.4.2 层状大地瞬变电磁响应第35-36页
    3.5 本章小结第36-37页
第四章 探测铁矿采空区的试验研究第37-65页
    4.1 试验区地质概况第37-47页
        4.1.1 地层第37-41页
        4.1.2 矿区内主要矿体第41-42页
        4.1.3 构造第42-43页
        4.1.4 矿石类型及矿物组成第43-45页
        4.1.5 区域水文地质条件第45-47页
    4.2 数据采集第47-52页
        4.2.1 试验设备第47-48页
        4.2.2 测网布置第48页
        4.2.3 工作参数第48-49页
        4.2.4 野外数据质量检测第49-50页
        4.2.5 处理流程第50-52页
    4.3 数据处理第52-56页
        4.3.1 小波去噪第52-54页
        4.3.2 电压抽道第54-55页
        4.3.3 地形校正第55-56页
    4.4 试验区铁矿采空区电性分析第56-58页
    4.5 资料解释第58-64页
        4.5.1 剖面解释第58-63页
        4.5.2 立体分析第63-64页
    4.6 本章小结第64-65页
第五章 工程验证第65-71页
    5.1 仪器介绍第65页
    5.2 现场测试第65-66页
    5.3 测试结果第66-68页
    5.4 结论第68-71页
第六章 结论与建议第71-73页
    6.1 结论第71页
    6.2 不足与建议第71-73页
参考文献第73-79页
致谢第79-81页
攻读硕士期间发表的论文与参加科研项目情况第81页
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