学COMSOL，做幸福科研人

随着我国经济的快速发展，煤炭开采已进入深部煤层，面对的更加复杂的地质问题，传统的直流电法超前探测无法完全解决巷道前方不良地质体问题。这是因为：传统的直流电法超前探测随着探测距离的增加，信号逐渐减弱；当异常体处于较远距离时，异常体响应不明显，对探测精度造成很大的影响。

基于此，为了进一步提高观测精度，增强远距离观测信号，山东科技大学的学者将直流电法超前探测三极装置中单个电极供电（单点源），改为 3 个电极供电（三点源）；并通过 COMSOL模拟直流电法超前探测中单点源和三点源的工作方式，提取了数据进行处理。

COMSOL 软件是以有限元法为基础，通过求解偏微分方程的多物理场仿真软件。直流电法超前探测模拟是将预先建立好的地电模型进行数值计算，得到稳定场的分布情况。

通过 COMSOL 模拟直流电法超前探测，需要运用物理场中的电流单元，为保证数值模拟的准确性，选择稳态求解器。本次数值模拟研究涉及 2 个模型，分别为低阻异常体位于巷道迎头前方 20 m处和 50 m 处。

模型设定如下： 

1）模型 1。低阻异常体位于巷道迎头前方 20 m处。围岩设定为半径 500 m 的球体，并将球体分层设为无限元域，无限元域厚度为 3 m。该设置能反应地下真实介质情况，并能满足电位分布方程组对边界条件的要求。

巷道模型宽×深×高为 200 m×10 m×10 m，居中于点（－100，0，5）处，异常体模型宽×深×高为 5 m×10 m×40 m，居中于点（22．5，0，0）处。

围岩的电阻率设置为 1 000 Ω，巷道的电阻率设置无穷大，异常体电阻率设置为 10 Ω。将电流加载集中一点，模拟供电电极，3 条测线点电源的初始位置分别为（－10，5，0）、（－10，0，0）和（－10，－5，0），电流设置为 1 A，模型电势初始值为 0。如图 3（a）。 

2）模型 2。低阻异常体位于巷道迎头前方 50 m处。围岩、巷道、供电电极和电势初始值设置同模型1。低阻异常体向后移 30 m，居中于点（55．5，0，0），电阻率设置为 10 Ω。如图 3（b）。 

地电模型构建后，需将无限元域定义为接地边界。定义完成后，要进行网格剖分，三维网格的剖分主要采用自由剖分四面体网格，对模型进行细化处理。设置网格最小单元为 0.6 m，最大单元增长率为1.2。将测量电极所在点位设为三维节点。计算完成后，使用一维绘图组导出测量电极所在点位电势值，利用公式计算得出视电阻率。

1、近距离异常体 COMSOL 数值模拟结果

2、远距离异常体 COMSOL 数值模拟结果

文章来源： COMSOL仿真交流