【摘要】：煤炭資源開采所形成的大范圍地下采空區(qū)是影響煤礦生產和工程建設的安全隱患,其有效探測和穩(wěn)定性評價是學術界研究的重要課題。地下采空區(qū)的“空洞”效應會導致重力場發(fā)生變化,通過地表重力測量可揭示采空區(qū)的演變特征,但長期以來,這種重力異常效應因量級較小而被多數學者所忽視。本文從高精度重力測量實驗入手,采用數值模擬和實驗驗證的方法分析采空區(qū)地表重力異常效應,探索基于重力異常數據反演采空區(qū)穩(wěn)定性的技術途徑。主要研究內容及結果如下:(1)基于布格重力異常理論結合概率積分法預計模型,根據有限元計算思路構建采空區(qū)地表重力異常正演模型,模擬分析采空區(qū)地表重力異常分布特征。結果表明:采空區(qū)地表的重力異常場呈對稱狀分布在空洞的正上方,一般采礦條件下采空區(qū)所引起的重力異常效應約為50uGal～450uGal;地表重力異常峰值與采寬、采高均呈線性正相關,與開采深度呈非線性負相關。(2)采用CG-5型重力儀進行重力測量實驗,分析高精度重力數據的可靠性。實驗結果表明:該重力儀的靜態(tài)觀測精度可以達到±5uGal,動態(tài)觀測精度可以達到±3.5uGal;對重力測量數據經過濾波處理和統(tǒng)一歸化后,歸化殘差在±lOuGal范圍內,遠小于采空區(qū)地表重力異常的最小峰值,說明采用CG-5型高精度重力儀可以觀測到采空區(qū)地表重力場的微小變化。(3)采用緊致差分格式構建礦山采空區(qū)地表重力異常反演模型,分析測量誤差對反演采空區(qū)邊界位置的影響。通過數值模擬發(fā)現:在隨機誤差不超過±15uG土 時,可以較準確地反演采空區(qū)空洞的邊界位置。(4)通過地下空洞重力探測實驗,驗證本文反演模型的有效性。實驗結果表明:高精度重力測量儀(如CG-5)的觀測精度及可靠性能夠滿足反演模型對重力測量數據的精度要求。研究結果為利用重力異常數據反演采空區(qū)演變及地表長期穩(wěn)定性提供了新的技術途徑。
【學位授予單位】：西安科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TD325.3
【圖文】：

西安科技大學碩士學位論文性，探索基于重力異常數據反演采空區(qū)穩(wěn)定性的技術途徑，為利用重力數據探測礦山采空區(qū)殘留空洞的空間位置，反演采空區(qū)演變及其地表穩(wěn)定性提供參考依據。針對研究目標，本文以西安科技大學新購的 CG-5 型重力測量儀為依托，以礦山采空區(qū)開采沉陷理論和重力測量學的相關知識為基礎，有效結合概率積分法開采沉陷預計模型和重力異常正演模型，圍繞礦山采空區(qū)地表重力異常效應展開研究。主要研究內容包括：(1)基于布格重力異常理論結合概率積分法預計模型，構建采空區(qū)地表重力異常正演模型，模擬分析采空區(qū)地表重力異常分布規(guī)律；(2)以 CG-5 型高精度重力測量儀為例進行重力測量實驗，分析現有高精度重力測量儀的測量精度及其數據的可靠性；(3)構建采空區(qū)地表重力異常反演模型，分析重力異常數據誤差的大小對采空區(qū)邊界反演的影響，驗證在現有重力測量精度條件下，本文所構建的地表重力異常反演模型的有效性，探索基于重力異常數據反演采空區(qū)穩(wěn)定性的技術途徑。根據上述研究內容，本文的技術路線如圖 1.1 所示。

圖 2.1 多邊形鉛垂物質薄片圖點處所引起的重力異常為： g G S d 其中 32 2 2 2=d dS 薄片，用一個 n 邊多邊形來逼近其橫截面的形狀。設多邊、(ε2，η2, 2)、……、(εk，ηk, k)、……、(εn，ηn, n)則 S(εj)可以 11 1302 2 2 212 2 2 2 21 1=kkk kk knjkjn nk kj jdS dd d 第 k 邊的直線方程為：=k k C D1 1 1,k k k k k kk kC D

圖 2.2 水平面切割三維形體示意圖 圖 2.3 水平物質薄片將以上關系代入式（2.7）中，對于 PBC 有 1111 12 2221 12 2 2 2 22 212 22 2112 2 1 2( ) ( )sinsin( )coscos( )cos1cos c( ) sin sin( )kkkkkkjj k kkjjk kk j jjk jk kjk jj k jk kk jdSddarc arc 2 2 1 2os( )kk j （2.8）故整個多邊形引起的重力異常值為：

【參考文獻】

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1 吳亮;劉長弘;王慶賓;常岑;賈魯;;重力異常對地下異常體邊界的識別算法[J];測繪科學;2015年12期

2 胡強;伍吉倉;鄭二龍;張澤峰;;利用微重力測量探測城市地下孔洞[J];工程勘察;2015年11期

3 黎莎;劉春成;江玉樂;;三維等效源反演成像研究及應用[J];煤田地質與勘探;2015年05期

4 覃思;程建遠;胡繼武;吳海;;煤礦采空區(qū)及巷道的井地聯(lián)合地震超前勘探[J];煤炭學報;2015年03期

5 姜志海;楊光;;淺埋特厚煤層小窯采空區(qū)瞬變電磁探測技術研究及應用[J];采礦與安全工程學報;2014年05期

6 付天光;;綜合物探方法探測煤礦采空區(qū)及積水區(qū)技術研究[J];煤炭科學技術;2014年08期

7 孫建安;賈偉;吳廣智;;一種非均勻網格上的高精度緊致差分格式[J];西北師范大學學報(自然科學版);2014年04期

8 陳閆;李桐林;范翠松;許博文;孫業(yè)發(fā);;重力梯度全張量數據三維共軛梯度聚焦反演[J];地球物理學進展;2014年03期

9 王浩然;陳超;杜勁松;;重力梯度張量數據的三維反演方法與應用[J];石油地球物理勘探;2013年03期

10 楊仕平;范東明;龍玉春;;基于整體最小二乘法的任意旋轉角度三維坐標轉換[J];大地測量與地球動力學;2013年02期

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2 王芳芳;緊致差分格式的理論及其分析[D];東北大學;2010年

3 梁建剛;瞬變電磁勘察煤田采空區(qū)的可行性分析[D];中南大學;2009年

本文編號：2800809