采空区的二维正演数值模拟.pdf

1 5 6 娃晨 料 技 2 0 16 年 第 2 期 采空区的二维正演数值模拟 孙娈娈 王中华 。 1 ． 重庆市科能高级技工学校 ， 重庆 4 0 0 0 3 7 ； 2 ． 瓦斯灾害监控与应急技术国家重点实验室， 重庆 4 0 0 0 3 7 ； 3 ． 中煤科工集团重庆研究院有限公司， 重庆 4 0 0 0 3 7 摘要 采用E m a g e ． 2 D软件中的P W2 D模块，建立了 低阻 采空区 和高阻采空区的二维正演模型， 并分别模拟分析了 在采深、工作 面斜长变化时的视电阻率变化规律。为采空区的探测提供 了理论依据。 关键词 低阻采空区 高阻采空区二维正演模型视 电阻率变化规律 中图分类号T P 3 1 7 ． 4 文献标识码B d o i 1 0 ． 3 9 6 9 ／ j ． i s s n ． 1 0 0 5 2 8 0 1 ． 2 0 1 6 ． 0 2 ． 0 6 7 Di m e n s i ona l Nume r i c a l M o de l i ng o f Go a f S u n Lu a n． 1 ua n Wa n g Zho n g ． h u a 2 ， 1 ． T h e B r a n c h Hi g h e r V o c a t i o n a l S c h o o l i n Ch o n g q i n g ， C h o n g q i n g 4 0 0 0 3 7 ； 2． St a t e Ke y La bo r a t o r y o f Ga s Di s a s t e r M o ni t o r i n g a n d Eme r g e n c y T e c h n o l o g y , Ch o ng q i n g 4 0 0 0 3 7 ； 3 ． C h i n a Co a l T e c h n o l o g y E n g i n e e r i n g Gr o u p C h o n g q i n g Re s e a r c h I n s t i t u t e ， Ch o n g q i n g 4 0 0 0 3 7 Ab s t r a c t Us i n g I m a g e - 2 D s o f t wa r e P W 2 D mo d u l e ，i t e s t a b l i s h e d a t wo - d i me n s i o n a l g o a f f o r wa r d mo d e l o f l o w r e s i s t a n c e a n d h i g h r e s i s t a n c e ． I t s i mu l a t e d a n d a n a l y z e d a p p a r e n t r e s i s t i v i t y v a r i a t i o n wh e n t h e d e e p mi n i n g o r f a c e l e n g t h c h a n g e d ． I t p r o v i d e s a t h e o r e t i c a l b a s i s f o r g o a f d e t e c t i o n ． Ke y wo r d s l o w r e s i s t a n c e g o a f h i g h r e s i s t a n c e g o a f d i m e n s i o n a l f o rw a r d mo d e l i n g v a r i a t i o n o f a p p a r e n t r e s i s t i vi t y 1 数值模拟方案 数值模拟采用 E ma g e ． 2 D软件中的 P W2 D模块 ， 该程序是根据 Wa n n a ma k e r I 】 的 P W2 D有限元正演 程序来计算电阻率响应的二维正演程序，它在采空 区及地质构造探测的数据处理方面具有广泛的应用 [ 3 - 5 ] 。首先建立低阻采空区和高阻采空区的二维模型 ， 然后采用该程序模拟分析工作面低阻采空区和高阻 采空区在采深 、工作面斜长变化时的视电阻率响应 特征及变化规律。 2 采空区数值模拟分析 2 ． 1 低 阻采空区 2 ． 1 ． 1 地电模型 低阻采空区的地电模型分为 4 个地层 ， 第一层 、 第二层为一般地层，其层厚分别为 2 0 m、4 0 0 m， 电阻率分别为2 0 n m、 1 0 0 n m ； 第三层为煤层 包 含在第二层中 ，厚度为 5 m，电阻率为 5 0 0 Q m； 第四个地层为斜长为 L、宽为 3 0 m的采空区，其上 “ 三带”的厚度依次为 4 0 m、4 0 1 T I 、2 0 m，电阻率 收稿 日期2 0 1 5 一l 1 0 3 作者简 介孙 娈娈 1 9 8 5 一 ，女 ，山东潍坊人 ，硕士 ，讲师 主要从事矿 山地 质及 水文物探 的研 究与教 学。 依次为 2 0 n m、5 0 Q m、8 0 n m；其他各层的层 厚及电阻率值如图 1 所示。 图 1 低 阻采 空 区地 电模 型 2 ． 1 ． 2不 同采 深 当采煤工作面斜长 L 1 6 0 m，开采深度 H分别 为 2 0 0 m、3 0 0 1T I 、4 0 0 I T I 时，其视电阻率断面如图 2所示 。 由图 2可得 随着 开采深度 H的增加，低 阻 采空区的视电阻率等值线下凹的幅度逐渐减小。当 H 2 L时 图 2 b ，采空区的视电阻率等值线下凹 现象不明显，影响范围也变小。当H 2 L时 图 2 c 1 ，采空区的视 电阻率等值线基本趋于水平。由 此表明当 H 2 L 采煤工作面斜长的两倍 时， 采空区的位置难以确定。 1 6 2 瞒蒺 斜技 2 0 16 年 第 2 期 3 3 V 电源2 3 ． 3 V电源1 以太 f 网电 一 口电 网络变压器 口 图 7 网络 交换 接 口设 计 原理 框 图 2 ． 7 人 机 交互模 块 设计 人机接 口 _ 3 主要包括 液晶显示 、按键 采集 、红 外遥控采集、L E D指示功能模块。液晶显示采用 单色 1 2 8 6 4点阵液晶或 3 ． 5寸彩屏 ，根据不同的 要求进行不同的配置，硬件接 口兼容。设计 1 3个 L E D指示灯 ，用于 四路 R S 4 8和两路 C A N总线通 信指示，1 个红色 L E D用于电源指示。红外接收采 用 H 3 8 V3 V芯片，按键采用 6 维薄膜按键。人机交 互模块设计原理框图如图 8 所示。 5 V／ 3 ．3 V电源 图 8人 机 交互 模 块 设 计 原 理 框 图 2 ． 8 最 小 系统设 计 最小系统 【4 采用单独 的电源供 电设计 ，外部 输 入 5 V，通过滤 波 、稳压 、L DO处 理后得 到 3 ． 3 V 数 字 电 源，为 最小 系 统供 电。设计 3 2 MB y t e的 S D R A M存储空间和 1 2 8 MB y t e 的 Na n d F l a s h存储空 间，同时具备一个 3 2 K B y t e的铁 电存储器 ，实现数 据存储 、看门狗、实时时钟的功能。最小系统对外 提供丰富的接 口资源，包括液晶接口、网络接口、 用于频率 、 开关量 、 控制输出及信号指示的 I O接 口。 最小系统设计原理框图如图 9 所示。 3 结论 图 9 最小 系统设 计原 理框 图 针对 目前国内煤矿安全监控分站存在种类多 、 应用要求高的现状 ，提出了分站平台的设计思路， 并通过调研 目前市场上在用的各类安全监控分站， 提取其公共资源，设计完成 了一款硬件资源丰富的 分站平台。分站平台的形成，使各系统分站开发者 或使用者根据各 自分站需求，进行功能裁剪或特色 设计，可在最短的时间内，以最小的成本形成各 自 特色功能分站 ，提高技术的复用率 ，降低了生产及 应用成本 。 【 参考文献 】 [ 1 ] 王启峰 ， 祝 国源 ， 孙 小 进 ． 基 于F P GA的煤 矿 安 全 监 控 系 统 监 控 分 站 的 设 计 [ J ] ．工矿 自动 化 ． 2 0 1 0 1 0 2 9 - 3 1 ． [ 2] 赵立厂，汪丛笑 ． 基于AR M 的新型矿用监控分站 [ J 】 工矿 自动化 ，2 0 0 7 6 6 6 ． 6 7 ． [ 3] 付 吉奎 ， 孙彦景 ， 钱建生 ． 基于 C ／ OS ．I I智能 监控分站 节点 的设计 [ J ] ． 计算机 工程 与设计 ， 2 0 1 0 7 1 4 5 5 - 1 4 5 7 ． [ 4] 徐士敏 ． 煤矿智能安全监控系统的研究 【 J ] ． 电子世 界 ． 2 0 1 3 2 0 9 7 9 8 ． 上接第 1 5 9页 4 结语 平煤股份八矿通过建设、改造和集成 ，节省了 投资 ，最大限度地利用了现有通信系统的资源，实 现了 “ 有线电话网、无线电话网、扩播电话网、扩 音广播网、人员定位网”五网合一，系统利用先进 的技术 ，基于程控集成平台，实现了煤矿通信系统 的扩展和完善，为矿井的安全高效生产提供了有力 的保障。