隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，煤炭開(kāi)采已進(jìn)入深部煤層，面對(duì)的更加復(fù)雜的地質(zhì)問(wèn)題，傳統(tǒng)的直流電法超前探測(cè)無(wú)法完全解決巷道前方不良地質(zhì)體問(wèn)題。這是因?yàn)椋簜鹘y(tǒng)的直流電法超前探測(cè)隨著探測(cè)距離的增加，信號(hào)逐漸減弱；當(dāng)異常體處于較遠(yuǎn)距離時(shí)，異常體響應(yīng)不明顯，對(duì)探測(cè)精度造成很大的影響。

基于此，為了進(jìn)一步提高觀測(cè)精度，增強(qiáng)遠(yuǎn)距離觀測(cè)信號(hào)，山東科技大學(xué)的學(xué)者將直流電法超前探測(cè)三極裝置中單個(gè)電極供電（單點(diǎn)源），改為 3 個(gè)電極供電（三點(diǎn)源）；并通過(guò) COMSOL模擬直流電法超前探測(cè)中單點(diǎn)源和三點(diǎn)源的工作方式，提取了數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

COMSOL 軟件是以有限元法為基礎(chǔ)，通過(guò)求解偏微分方程的多物理場(chǎng)仿真軟件。直流電法超前探測(cè)模擬是將預(yù)先建立好的地電模型進(jìn)行數(shù)值計(jì)算，得到穩(wěn)定場(chǎng)的分布情況。

通過(guò) COMSOL 模擬直流電法超前探測(cè)，需要運(yùn)用物理場(chǎng)中的電流單元，為保證數(shù)值模擬的準(zhǔn)確性，選擇穩(wěn)態(tài)求解器。本次數(shù)值模擬研究涉及 2 個(gè)模型，分別為低阻異常體位于巷道迎頭前方 20 m處和 50 m 處。

模型設(shè)定如下： 

1）模型 1。低阻異常體位于巷道迎頭前方 20 m處。圍巖設(shè)定為半徑 500 m 的球體，并將球體分層設(shè)為無(wú)限元域，無(wú)限元域厚度為 3 m。該設(shè)置能反應(yīng)地下真實(shí)介質(zhì)情況，并能滿(mǎn)足電位分布方程組對(duì)邊界條件的要求。

巷道模型寬×深×高為 200 m×10 m×10 m，居中于點(diǎn)（－100，0，5）處，異常體模型寬×深×高為 5 m×10 m×40 m，居中于點(diǎn)（22．5，0，0）處。

圍巖的電阻率設(shè)置為 1 000 Ω，巷道的電阻率設(shè)置無(wú)窮大，異常體電阻率設(shè)置為 10 Ω。將電流加載集中一點(diǎn)，模擬供電電極，3 條測(cè)線(xiàn)點(diǎn)電源的初始位置分別為（－10，5，0）、（－10，0，0）和（－10，－5，0），電流設(shè)置為 1 A，模型電勢(shì)初始值為 0。如圖 3（a）。 

2）模型 2。低阻異常體位于巷道迎頭前方 50 m處。圍巖、巷道、供電電極和電勢(shì)初始值設(shè)置同模型1。低阻異常體向后移 30 m，居中于點(diǎn)（55．5，0，0），電阻率設(shè)置為 10 Ω。如圖 3（b）。 

地電模型構(gòu)建后，需將無(wú)限元域定義為接地邊界。定義完成后，要進(jìn)行網(wǎng)格剖分，三維網(wǎng)格的剖分主要采用自由剖分四面體網(wǎng)格，對(duì)模型進(jìn)行細(xì)化處理。設(shè)置網(wǎng)格最小單元為 0.6 m，最大單元增長(zhǎng)率為1.2。將測(cè)量電極所在點(diǎn)位設(shè)為三維節(jié)點(diǎn)。計(jì)算完成后，使用一維繪圖組導(dǎo)出測(cè)量電極所在點(diǎn)位電勢(shì)值，利用公式計(jì)算得出視電阻率。

1、近距離異常體 COMSOL 數(shù)值模擬結(jié)果

2、遠(yuǎn)距離異常體 COMSOL 數(shù)值模擬結(jié)果

文章來(lái)源： COMSOL仿真交流