矿井直流电测深法超前探测应用.pdf

现代矿业 M0RDE N MI NI N G 总 第 5 1 7期 2 0 1 2 年 5月第 5期 矿井直流 电测深法超前探测应用 刘 朋 孙 亚 岳建华 彭担任 1 ．中国矿业大学 徐州 资源与地球科学学院； 2 ．徐州市产品质量监督检验所 摘要 阐述 了矿井直流 电法技术在不 同探测 目的下的勘探原理 ， 并结合忻楼煤矿应用实例 ， 对巷道掘进迎头的超前探测和煤层底板 突水探测所涉及的测点布置方法与原理、 数据处理及解释 方法分别进行 了讨论， 说 明矿井直流电测深法技术可靠， 可提 高测量精度。 关键词直流电法三极测深 水害是我国煤矿五大 自然灾害之一 ， 严重制约 着煤炭工业的健康发展。近年来 ， 因各种原 因造成 的重、 特大水害事故时有发生 ， 不仅造成巨大的人员 伤亡 ， 也使得经济遭受严重 的损失。针对这种状况 ， 采用物探技术在煤矿井下掘进工作面进行超前水文 地质预测预报便成为一种行之有效的手段。其中直 流电测深法具有理论成熟、 方法灵活、 仪器简便、 抗 干扰能力强的优点 ， 在矿井水文地质预测预报方面 得到广泛应用 。 1 直流 电法的基本原 理 直流电法勘探是测定岩石电阻率 的传统方法。 它通过一对接地 电极把电流供人大地中， 而通过另 一 对接地电极观测用于计算岩石电阻率所必需 的电 位或电位差信息 。 一 个点电源 0在均匀介质 中的电场形 态为球 形 ， 每个球壳为一个等电位面 ， 不同等电位面上 A、 B 两点会产生电位差 ， 电位差 的大小与其通过 的介质 的导电性 电阻率 有关。由电磁场论的一般知识 可知 ， 地下半空间均匀介质中双异极性点电源场 中 任意两点 、 Ⅳ间的电位差为 z a U M N ， 1 式中， ， 为通过供电电极A 、 流入地下的电流强度， A ； P为介质电阻率， Q m； K称为装置系数。 介质的视电阻率p 与供电、 测量电极的相对位 置有关 ， 其计算公式为 K ， 2 此时通过直流电法仪测得 、 两点的电位差 ， 刘朋 1 9 8 3 一 ， 男 ， 硕士研究 生 ， 2 2 1 l 1 6江苏省徐 州市 三环 南路 2 6 9号。 4 2 依式 2 可计算出介质的视电阻率 。 鉴于井下 的特性 ， 如果采用均匀半空间电阻率 计算公式计算 ， 所测得 的电阻率不是某一特定介质 的真实电阻率 ， 而是电场作用范围内各煤层、 地质体 相互影 响的综合结果 ， 矿井直流电法勘探 的物理实 质就是通过测量、 分析全空间视电阻率的相对变化 来推断介质 电性变化情 况 ， 从而确定 岩、 矿体 物性 如贫、 富水区域 的一般规律或地质构造 如断层、 裂隙发育区 的特征。 2 实例分析 2 ． 1 超前探测巷道掘进头前方断裂破碎带 超前探测的 目的是查清忻楼煤矿运输大巷掘进 工作面前方的断层及其含水情况 ， 所 以采用三极测 深 单极． 偶极 布极法。在掘进工作 面迎头布置供 电极 A 、 A 、 A 3 ， 间距 4 m， 接收极 、 Ⅳ， 间距 4 m； 在 掘进工作面迎头后 3 0 0 m 处布置无穷远极 B， 从距 供 电极 A 1 2 m处开始 ， 观测记录各点视 电阻率 P ， 然后在计算 机上绘 制 A 、 A 、 A ，点视 电阻率 曲线 图。以各条 曲线上距 A 供 电点等距低阻点为依据 ， 分别 以 A 、 A 、 A， 点为圆心绘 圆 ， 三圆相交 点即为 前方低 阻异常点。 图 1为忻楼煤矿运输大巷直流 电法 三极测深 法 超前探测的结果。图中用 2种方式表达介质的 视电阻率大小 视电阻率等值线和颜色 ， 浅色部分 表示视电阻率较低， 深色部分表示视电阻率较高。 从 图 l中可 以看出 ， 工作面前方 6 8 7 2 m为一低阻 区， 此区间岩石的视电阻率为 7 0～ 8 0 Om， 比正常介 质视电阻率低得多 ， 可视为富水区；6 06 4 1T I 和 7 6 8 O m为一高阻区， 此 区间岩石的视 电阻率为 1 3 0 ～ 1 4 0 l q m， 比正常介质 的视 电阻率要 高， 可视为断 层破碎带 ， 不含水 ； 其余部分为正常段。