采礦地球物理學(xué)概論第一章地球物理基礎(chǔ)采礦地球物理緒論

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1、 六 、 學(xué) 時(shí) 分 配 表 學(xué) 時(shí) 分 配 表 內(nèi) 容 講 課 實(shí) 驗(yàn) 小 計(jì) （ 一 ） 引 言 2 2 （ 二 ） 地 球 物 理 學(xué) 簡 介 6 6 （ 三 ） 彈 性 波 的 傳 播 理 論 2 2 （ 四 ） 礦 山 開 采 引 發(fā) 的 震 動 3 3 （ 五 ） 地 震 探 測 煤 巖 應(yīng) 力 狀 態(tài) 2 2 （ 六 ） 煤 巖 變 形 破 裂 的 聲 發(fā) 射 2 2 （ 七 ） 煤 巖 變 形 破 裂 的 電 磁 幅 射 3 2 5 （ 八 ） 開 采 引 起 的 重 力 場 2 2 （ 九 ） 煤 巖 變 形 破 裂 的 電 性 參 數(shù) 2 2 （ 十 ） 煤 巖 變 形 破

2、 裂 的 溫 度 場 2 2 （ 十 一 ） 地 質(zhì) 雷 達(dá) 的 應(yīng) 用 4 4 合 計(jì) 30 2 32 六 、 學(xué) 時(shí) 分 配 表 評 價(jià) 方 式 （ 包 括 作 業(yè) 、 實(shí) 驗(yàn) 、 考 試 等 :（ 1） 作 業(yè) 、 實(shí) 驗(yàn) 占 30 的 成 績 ；（ 2） 考 試 ， 占 70 的 成 績 。 天 文 學(xué)(地 球 作 為 星 體 ) 地 質(zhì) 學(xué)( 地 球 內(nèi) 部 作 為 深部 地 質(zhì) 學(xué) )(應(yīng) 用 ) 地 球 空 間 物 理 學(xué)大 氣 物 理 學(xué) 大 地 測 量 學(xué)海 洋 物 理 學(xué) 勘 探 地 球 物 理 學(xué)普 通 地 球 物 理 學(xué)采 礦 地 球 物 理 學(xué) 行 星 物 理 學(xué)(

3、地 球 物 理 學(xué) 、 天 文學(xué) 等 共 生 學(xué) 科 ) 巖 石 物 理 學(xué)( 地 球 物 理 學(xué) 、 地 質(zhì) 學(xué) 、地 球 化 學(xué) 等 共 生 學(xué) 科 ) 物理學(xué) 固 體 地 球 物 理 學(xué) 重 力 學(xué) 地 球 起 源地 磁 學(xué) 地 球 年 齡地 電 學(xué) 地 球 自 轉(zhuǎn)地 熱 學(xué) 地 球 形 狀地 震 學(xué) 地 球 動 力 1) 震 動 法 采 礦 作 業(yè) 打 破 了 巖 體 內(nèi) 原 有 的 應(yīng) 力 平 衡 狀 態(tài) ， 其 結(jié)果 造 成 了 巖 體 內(nèi) 變 形 能 的 聚 積 。 這 些 能 量 以 突 然 的 形式 動 力 釋 放 ， 產(chǎn) 生 震 動 ， 并 使 變 形 增 加 。 與 大

4、地 地 震 相 比 ， 其 震 動 頻 率 高 ， 影 響 范 圍 小 。 震動 能 量 為 l l0 2 l l0 10J， 里 氏 震 級 為 0 4.5級 ， 振動 頻 率 為 1 50H z， 震 動 范 圍 為 兒 百 米 到 幾 百 公 里 。 震 動 法 記 錄 采 礦 震 動 的 能 量 ， 確 定 和 分 析 震 動 的方 向 ;對 震 中 定 位 來 評 價(jià) 和 預(yù) 測 礦 山 動 力 現(xiàn) 象 。 具 體 的 說 ， 就 是 記 錄 震 動 的 地 震 圖 ， 確 定 震 動 發(fā) 生的 時(shí) 間 ， 震 中 的 坐 標(biāo) ， 震 動 釋 放 的 能 量 ， 特 別 是 震 中的

5、 大 小 ， 地 震 力 矩 ， 震 動 發(fā) 生 的 機(jī) 理 ， 震 中 的 壓 力 降等 ， 以 此 為 基 礎(chǔ) ， 進(jìn) 行 震 動 危 險(xiǎn) 的 預(yù) 測 預(yù) 報(bào) ， 如 預(yù) 報(bào) 震動 能 量 大 于 給 定 值 的 平 均 周 期 ， 在 時(shí) 間 T內(nèi) 震 動 能 量小 于 或 等 于 給 定 值 的 概 率 ， 該 區(qū) 域 內(nèi) 震 動 的 危 險(xiǎn) 性 及其 他 參 數(shù) 。 2) 聲 發(fā) 射 法 巖 石 的 聲 發(fā) 射 也 稱 為 地 音 ， 是 巖 石 的 變 形 和破 斷 ， 顆 粒 之 間 的 相 位 錯(cuò) 動 ， 巖 石 間 的 摩 擦 滑動 及 其 他 引 發(fā) 的 。 地 音 與 巖

6、 石 的 動 力 現(xiàn) 象 及 彈性 波 的 發(fā) 射 有 關(guān) ， 是 在 應(yīng) 力 作 用 下 ， 巖 體 結(jié) 構(gòu)的 非 彈 性 變 性 ， 結(jié) 構(gòu) 非 穩(wěn) 定 的 結(jié) 果 。 采 礦 地 音 法 是 以 脈 沖 的 形 式 記 錄 弱 的 、 低 能量 的 巖 體 聲 發(fā) 射 彈 性 波 。 記 錄 的 振 動 頻 率 從 幾 十到 2000H z或 更 高 ， 記 錄 的 能 量 低 于 lxl0 -2J， 振 動范 圍 從 幾 米 到 200多 米 。 采 礦 地 音 法 可 用 來 確 定 巖 體 中 的 應(yīng) 力 應(yīng) 變 狀態(tài) ， 評 價(jià) 沖 擊 礦 壓 及 煤 和 瓦 斯 突 出 的 危

7、 險(xiǎn) 性 ， 并檢 測 其 采 取 的 防 治 措 施 的 效 果 ;評 價(jià) 邊 坡 穩(wěn) 定 性 ;確 定 采 掘 面 周 圍 的 應(yīng) 力 應(yīng) 變 狀 態(tài) 等 。 3) 電 磁 輻 射 法 巖 石 電 磁 輻 射 是 指 巖 石 受 載 破 裂 過 程 中 向 外 輻 射 電磁 能 量 的 過 程 或 現(xiàn) 象 。 巖 石 破 裂 電 磁 輻 射 的 觀 測 和 研 究 是 從 地 震 工 作 者 發(fā)現(xiàn) 震 前 電 磁 異 常 后 開 始 的 。 在 近 25-30年 內(nèi) 巖 石 破 裂 電磁 輻 射 效 應(yīng) 的 研 究 ， 無 論 是 在 理 論 研 究 方 面 ， 還 是 在 應(yīng)用 研 究

8、方 面 ， 都 取 得 了 飛 速 發(fā) 展 ， 特 別 是 在 地 震 方 面 用于 預(yù) 報(bào) 。 從 九 十 年 代 開 始 ， 中 國 礦 業(yè) 大 學(xué) 對 載 荷作 用 下 煤 體 的 電 磁 輻 射 特 性 及 規(guī) 律 進(jìn) 行 了 較為 深 入 的 定 性 和 定 量 研 究 。 研 究 表 明 ， 煤 巖電 磁 輻 射 是 煤 巖 體 受 載 變 形 破 裂 過 程 中 向 外輻 射 電 磁 能 量 的 一 種 現(xiàn) 象 ， 與 煤 巖 體 的 變 形破 裂 過 程 密 切 相 關(guān) 。 電 磁 輻 射 可 用 來 預(yù) 測 沖 擊 礦 壓 、 煤 與 瓦 斯 突 出等 煤 巖 災(zāi) 害 動 力

9、 現(xiàn) 象 。 其 主 要 參 數(shù) 是 電 磁 輻 射 強(qiáng) 度和 脈 沖 數(shù) 。 電 磁 輻 射 強(qiáng) 度 主 要 反 映 了 煤 巖 體 的 受 載程 度 及 變 形 破 裂 強(qiáng) 度 ， 脈 沖 數(shù) 主 要 反 映 了 煤 巖 體 變形 及 微 破 裂 的 頻 次 。 此 外 ， 電 磁 輻 射 還 可 用 于 檢 測 煤 巖 動 力 災(zāi) 害 防 治措 施 的 效 果 ;評 價(jià) 邊 坡 穩(wěn) 定 性 ;確 定 采 掘 面 周 圍 的 應(yīng)力 應(yīng) 變 ， 評 價(jià) 混 凝 土 結(jié) 構(gòu) 的 穩(wěn) 定 性 等 。 4) 振 動 法 振 動 法 解 決 采 礦 作 業(yè) 引 起 的 地 質(zhì) 動 力 現(xiàn) 象 問 題

10、 ， 主要 是 根 據(jù) 地 震 波 的 傳 播 速 度 的 變 化 ， 確 定 巖 石 結(jié) 構(gòu) 破 壞過 程 發(fā) 展 的 各 階 段 ， 如 彈 性 階 段 的 高 應(yīng) 力 ， 對 應(yīng) 比 較 大的 振 動 頻 率 ， 表 明 了 采 掘 面 接 近 較 大 的 震 動 沖 擊 地 壓 危險(xiǎn) 區(qū) ， 巖 石 破 壞 的 最 后 階 段 將 可 能 發(fā) 生 高 能 量 的 震 動 甚至 沖 擊 地 壓 。 振 動 法 解 決 礦 山 壓 力 問 題 ， 主 要 是 根 據(jù) 不 同類 型 振 動 波 的 傳 播 速 度 來 確 定 巖 體 的 物 理 力 學(xué) 參數(shù) ， 例 如 線 彈 性 模 量

11、， 泊 松 系 數(shù) ， 橫 向 彈 性 模 量 ，體 積 彈 性 模 量 、 LAME常 數(shù) 等 。 這 些 參 數(shù) 是 用 動態(tài) 方 式 確 定 的 ， 與 實(shí) 驗(yàn) 室 巖 塊 試 驗(yàn) 的 靜 態(tài) 有 很 大差 異 ， 這 些 參 數(shù) 更 符 合 實(shí) 際 。 振 動 法 解 決 地 質(zhì) 問 題 ， 主 要 是 根 據(jù) 地 震 波 在煤 層 中 傳 播 的 通 道 性 及 傳 播 速 度 的 異 常 ， 能 量或 阻 尼 系 數(shù) 的 變 化 來 進(jìn) 行 。 當(dāng) 煤 層 的 連 續(xù) 性 出現(xiàn) 問 題 時(shí) ， 這 些 地 震 波 的 傳 播 通 道 將 出 現(xiàn) 非 正常 的 波 圖 ， 或 通 道

12、 波 組 的 振 幅 減 小 ， 甚 至 全 部消 失 等 。 5) 重 力 法 重 力 法 是 根 據(jù) 地 層 中 巖 石 介 質(zhì) 質(zhì) 量 分 布 的 不 均 勻 性來 測 量 重 力 的 異 常 變 化 。 測 量 儀 器 和 測 量 方 法 的 發(fā) 展 ， 促 進(jìn) 了 重 力 法 的 廣 泛應(yīng) 用 ， 測 量 儀 器 的 高 精 度 性 (2Xl0 -9 m/s2)可 使 其 廣 泛 應(yīng)用 于 小 構(gòu) 造 、 巖 像 變 化 的 測 量 以 及 由 于 采 礦 作 業(yè) 引 起 密度 分 布 的 變 化 。 目 前 ， 重 力 法 主 要 研 究 開 采 引 起 巖 體 體 積 的 變 化

13、 ;巖體 震 動 、 沖 擊 地 壓 的 預(yù) 測 預(yù) 報(bào) ;小 范 圍 內(nèi) 煤 層 構(gòu) 造 的 變化 ;局 部 空 洞 的 定 位 等 方 面 。 重 力 法 所 采 用 的 參 數(shù) 主 要 是 重 力 微 小 的 異 常 變 化 和 塔式 重 力 梯 度 。 6) 地 質(zhì) 電 法 采 礦 地 質(zhì) 電 法 是 利 用 巖 石 中 電 特 性 的 變 化 來 解 決 地質(zhì) 、 采 礦 技 術(shù) 、 預(yù) 測 預(yù) 報(bào) 等 方 面 的 問 題 ， 其 應(yīng) 用 范 圍 非常 廣 泛 。 地 質(zhì) 電 法 主 要 測 量 巖 石 介 質(zhì) 在 電 流 穩(wěn) 定 性 或 亞 穩(wěn) 定 性方 面 的 電 阻 特 性 ，

14、 或 電 磁 波 在 巖 體 中 傳 播 的 電 阻 ， 電 介常 數(shù) 和 磁 通 量 等 參 數(shù) 。 主 要 解 決 的 問 題 有 認(rèn) 識 頂 底 板 巖 層 地 質(zhì) 條 件 ;震 動 、沖 擊 礦 壓 、 水 災(zāi) 、 火 災(zāi) 的 危 險(xiǎn) 性 評 價(jià) ;支 架 與 圍 巖 相 互作 用 的 評 價(jià) ;巷 道 應(yīng) 力 狀 態(tài) 的 監(jiān) 測 。 7) 地 熱 自 19世 紀(jì) 麥 克 斯 韋 爾 證 明 光 是 種 電 磁 波 以來 ， 人 類 對 不 同 波 長 范 圍 內(nèi) 的 各 類 電 磁 波 的 性 質(zhì)及 其 應(yīng) 用 性 進(jìn) 行 了 卓 有 成 效 的 研 究 ， 并 建 立 了 從 射 線 到 極 遠(yuǎn) 紅 外 線 的 連 續(xù) 波 譜 圖 。 其 中 具 有 熱 效應(yīng) 的 紅 外 波 長 范 圍 為 ： 0.75m 1000m。