Моделирование неоднородных структур на основе метода низкочастотной электрической томографии

• Автор: Тайлаков, Дмитрий Олегович
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2009
• Место защиты: Кемерово
• Количество страниц: 127 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР МЕТОДОВ И МОДЕЛЕЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ТОМОГРАФИИ ПРИМЕНИТЕЛЬНО К ОБНАРУЖЕНИЮ НЕОДНОРОДНОСТЕЙ В УГОЛЬНЫХ ПЛАСТАХ

1.1. Описание цилиндрическислоистых объектов различной природы

1.2. Методы, применяемые для исследования свойств пород в электроразведке

1.3. Модель пространственного распределения кажущегося удельного сопротивления в анизотропных средах
1.4. Возможность использования дегазационных скважин для зондирования угольных пластов и вмещающих пород электрическим током
1.5. Выводы
2. РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ МОДЕЛЕЙ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ КАЖУЩЕГОСЯ УДЕЛЬНОГО СОПРОТИВЛЕНИЯ В ЗАВИСИМОСТИ

ОТ РАСПОЛОЖЕНИЯ ТОЧЕЧНЫХ ИСТОЧНИКОВ ГОКА.

2.1. Потенциал точечного источника постоянного тока на поверхности цилиндрическислоистой среды.
2.2. Асимптотическое разложение потенциалов в случае больших длин зондов.
2.3. Анизотропия многослойной цилиндрическислоистой среды.
2.4. Выводы
3. ПРИМЕНЕНИЕ И АДАПТАЦИЯ ПОЛУЧЕННОЙ МЕТОДИКИ ДЛЯ ГОРИЗОНТАЛЬНЫХ И ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ СЛОИСТЫХ СТРУКТУР.
3.1. Компьютерное моделирование для горизонтально слоистых сред
3.2. Программный комплекс для изучения цилиндрическислоистых объектов.
3.3. Анализ интегральных выражений и сумм для распределения потенциала в цилиндрическислоистых средах.
3.4. Выводы
4. ОБРАТНАЯ ЗАДАЧА НИЗКОЧАСТОТНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ТОМОГРАФИИ НА ПРИМЕРЕ РАЗЛИЧНЫХ ЦИЛИНДРИЧЕСКИ СИММЕТРИЧНЫХ ОБЪЕКТОВ
4.1 Возможность использования цилиндрически симметричных объектов для опробования полученных в главе 2 уравнений для потенциала.
4.2. Физический эксперимент для различных симметрично цилиндрических объектов
4.3. Восстановление распределения удельного сопротивления на основе данных полученных при физических эксперимен тах с использованием различных компьютерных программ
4.4. Выводы.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ.
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ


В качестве одного из подходов в таких методах используется измерение параметров физических полей (гравитационного, магнитного, электрического, упругих колебаний, термических, ядерных излучений) в соответствующих видах каротажа. При этом в угольной отрасли для обеспечения текущего мониторинга состояния углепородного массива, изучения его свойств и поиска неоднородностей представляется целесообразным использовать в каротажных измерениях различные виды технологических скважин, которые бурятся для дегазации угольных пластов и выработанного пространства до или в процессе угледобычи. Корректная интерпретация параметров физических полей, полученных в каротажных измерениях, позволит существенно улучшить качество данных о состоянии массива горных пород, а также обеспечить выбор рациональных схем дегазации угольных пластов, способствующих повышению безопасности ведения горных работ и производительности угледобычи. В качестве основного инструмента исследования возможно использовать низкочастотную электрическую томографию, суть которой заключается в измерении потенциала с помощью электродов па поверхности при протекании тока через прискважинную зону углепородного массива. Набор измерений, получаемых при различных комбинациях токовых и измерительных электродов, позволяет оценить распределение проводимости в исследуемой области угольного пласта. В этой связи создание моделей произвольно ориентированных слоистых структур в качестве базы для мониторинга объектов различной природы методом электрической томографии является актуальной научной задачей. Диссертационная работа выполнена в соответствии с планами НИР Института угля и углехимии СО РАН на - гг. Особенности процессов деформирования и разрушения массивов горных пород, включающих техногенно нестабильные двухкомпонентные геоматериалы», Блок 3. Мониторинг изменений окружающей среды в углепромышленных районах в результате техногенного деформирования массивов горных пород», этап г. Котинская» и лавы № », выполненного по заданию ОАО «СУЭК-Кузбасс» в г. Целыо работы является моделирования структур углеродосодержащих материалов с пространственной анизотропией для обнаружения неоднородностей при мониторинге объектов различной природы методом электрической томографии. Иде работы состоит в использовании решения трехмерного уравнения Лапласа в цилиндрических координатах и получении точного решения прямой задачи электрической томографии для исследования свойств различных цилиндрических объектов в изотропном и анизотропном случаях. Методы исследования. В работе использовалось решение прямой задачи на основе уравнения Лапласа в цилиндрических координатах для электрической томографии; численные методы линейной алгебры для анализа полученных решений; метод минимизации Нелдсра-Мида для решения обратной задачи низкочастотной электрической томографии; асимптотическое разложение цилиндрических функций Бесселя для анализа полученных решений. Адекватность предложенной модели подтверждается опытом низкочастотной электрической томографии, а для цилиндрических объектов -дополнительно поставленной серией численных экспериментов с расхождением не более 9,5% относительно результатов теста. Практическая ценность. Реализация работы. Результаты исследований и разработанный подход использованы для определения газоносности угольных пластов в пределах горного отвода шахты «Котинская». Апробация работы. Основные результаты работы докладывались на научной конференции «Физика и Эйнштейн» (Красноярск, ), ХЫН и ХЫУ международных конференциях студентов и молодых ученых «Студент и научно-технический прогресс» (Новосибирск, , ), Международном форуме «Проблемы и перспективы инновационного развития экономики Кузбасса» (Кемерово, ), на научных семинарах ИУУ СО РАН (Кемерово, -). Публикации. По теме диссертации опубликовано 7 печатных работ, куда входят (в скобках в числителе указан общий объем этого типа публикаций, в знаменателе - объем, принадлежащий лично автору) 3 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК (1. I - в научных изданиях (0. Структура и объем работы. Работа состоит из 4 глав на 7 страницах и содержит рисунка, 6 таблиц, список литературы из наименований и 6 приложений.