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1 绪论1

1.1　矿井水害类型及其勘探方法1

1.2　矿井瞬变电磁法勘探2

1.2.1 国内外研究概况2

1.2.2 矿井瞬变电磁法及其特点6

1.3　今后的研究方向9

2　全空间电磁场的基本理论10

2.1 电磁场的基本方程10

2.1.1 电磁场的基本方程10

2.1.2　格林（Green）函数和局域分布源的电磁场15

2.1.3 场等效原理和互易定理21

2.2　均匀导电极化全空间内磁偶极子形成的频率域电磁场23

2.3　均匀导电全空间磁偶极子形成的瞬变场33

2.4　矿井瞬变电磁法勘探的理论基础40

2.4.1 两个导电半空间分界面上垂直磁偶极子源形成的电磁场40

2.4.2　巷道顶板—磁偶极子源产生的电磁场47

2.4.3 水平层状介质矢势Az表达式的推导59

2.4.4 两层介质巷道底板的电磁场特征61

3　煤矿突水构造全空间瞬变电磁响应特征三维正演模拟69

3.1 有限元方法的基本原理69

3.1.1 泛函与变分的基本概念69

3.1.2 里兹方法70

3.1.3　伽辽金法71

3.1.4 有限元方法的基本步骤72

3.2　地质—地球物理模型的建立72

3.2.1 煤系地层的电性特征72

3.2.2　煤系地层的地质条件76

3.2.3　地质—地球物理模型的建立79

3.3　数学模型的建立80

3.3.1 网格划分80

3.3.2　线性插值分析83

3.3.3 矿井瞬变电磁场数学模型的建立86

3.4　有限元法三维正演模拟技术及程序设计95

3.4.1 三维正演计算步骤和程序设计95

3.4.2 有限元系数矩阵的等带宽存储96

3.4.3 有限元线性方程组解法97

3.5　煤矿突水构造全空间瞬变电磁响应特征三维正演模拟99

4　矿井瞬变电磁法井下工作方法与技术103

4.1 井下常用瞬变电磁仪器介绍103

4.1.1 Terra TEM瞬变电磁仪103

4.1.2 TEM47HP瞬变电磁仪113

4.2　矿井瞬变电磁法工作装置及探查技术115

4.2.1 矿井瞬变电磁法工作装置115

4.2.2 矿井瞬变电磁法探查技术116

5　井下瞬变电磁噪声物理模拟及实验121

5.1 井下瞬变电磁噪声分析121

5.2　井下瞬变电磁噪声物理模拟122

5.2.1 物理模拟相似性准则122

5.2.2 井下瞬变电磁噪声重叠回线组合物理模拟125

5.2.3 井下瞬变电磁噪声双回线组合物理模拟126

5.3　井下瞬变电磁噪声试验127

5.3.1 巷道侧帮瞬变电磁噪声重叠回线瞬变电磁响应特征127

5.3.2 巷道底板瞬变电磁噪声重叠回线瞬变电磁响应特征128

5.3.3 巷道底板瞬变电磁噪声双回线瞬变电磁响应特征129

5.3.4 相同环境重叠回线和双回线组合瞬变电磁噪声响应比较129

5.3.5 井下电磁噪声数据处理技术130

5.4　矿井瞬变电磁法选择测量参数关断时间分析131

5.4.1　观测参数选择131

5.4.2 关断时间分析131

6　矿井瞬变电磁法数据处理与解释133

6.1　矿井瞬变电磁法时深换算基本理论133

6.1.1 时深换算数学模型的建立133

6.1.2 矿井瞬变电磁法时深换算数学模型137

6.2　瞬变电磁法时深换算技术137

6.2.1 水平层状介质理论模型时深换算技术137

6.2.2　具有倾斜界面层状介质理论模型时深转换143

6.3　矿井瞬变电磁法数据处理与解释系统147

7　矿井瞬变电磁法勘探在煤矿突水构造探查中的应用161

7.1 矿井瞬变电磁法的特点161

7.2　矿井瞬变电磁法勘探在探查煤矿突水构造中的应用162

7.2.1 矿井瞬变电磁法探查含（导）水陷落柱及注浆效果检测应用实例162

7.2.2 矿井瞬变电磁法探查非含（导）水陷落柱应用实例163

7.2.3 矿井瞬变电磁法探查煤层底板含水构造应用实例165

7.2.4 综放工作面顶板赋水性矿井瞬变电磁法探查实例165

7.2.5 采掘工作面煤层顶板赋水矿井瞬变电磁法探查实例169

7.2.6 掘进巷道迎头赋水性矿井瞬变电磁法超前探查实例170

7.2.7 不良钻孔赋水性矿井瞬变电磁法超前探查实例172

参考文献176