高密度电法在煤矿节理裂隙中的应用

价值工程
0引言
高密度电法是综合物探的有效方法之一，高密度电法兼具剖面法与电测深法的效果，并具有点距小、数据采集密度大，高密度电法测量的二维地电断面能较直观地反映基岩界线基岩构造，能够了解与围岩存在电性差异的节理裂隙的发育情况[1-2]。

近年来，贵州省各地煤矿透水事故不断发生，给矿山安全生产和企业财产造成巨大损失，一些矿难事故伤亡人
员较多，造成了极大的社会影响。

因此，根据高密度电法探测的维地电断面所反映的节理裂隙的发育情况为矿山预防水患制定相应措施提供理论，以便及时做好预防措施。

1基本原理
高密度电法属直流电阻率法，测量结果为二维视电阻
率断面。

高密度电法具有点距小、数据密度大、工作效率高的特点，能较直观、
准确地反映地下电性异常体的形态。

高密度电法属于电法勘探的电阻率法，基于常规电阻率法勘探原理并利用多路转换器的供电，测量电极的自动转换，配合常规电阻率的测量方法及电阻率成像等高等技术进
行高分辨、
高效率电法勘探。

它是通过程控式多路电极转换器选择不同的电极组合方式和不同的极距间隔，用供电
电极（A ，B ）向地下供直流电（或超低频）电流，同时在测量电极（M ，
N ）间观测电势差（ΔUmn ），并计算出视电阻率（ρs ），各电极同时或不同时沿选定的侧线按规定的电距间隔移动[3-4]。

预先人工打好电极，仪器自动切换，快速完成野外数据的采集其工作流程见图1。

高密度电法野外数据采集是确定采集参数后，通过主
机控制多路电极转换器经由电极系形成供电、
测量的数据自动采集系统。

数据采集完成后，通过通讯程序将原始数
据传入计算机进行数据转换、地形校正、二维反演后输出
二维地电断面图即完成整个采集与处理全过程[5]。

2应用实例
2.1矿井水文地质条件矿区面积2.2204km 2，因地层倾角较大，区域内地层在2.2204km 2范围内均有出露，区内出露的地层为矿区西北角的中二迭组茅口组，上二迭统吴家坪组，大隆组、第三系及第四系；根据其岩性、含水性、隔水性等特征，划分为主含水层和主隔水层。

2.1.1主含水层：有长兴一大隆组，茅口组
①长兴一大隆组：主要为浅灰色厚层～块状含燧石灰
岩，局部夹生物碎屑岩，其厚度40～55m ，
该岩层裂隙发育，含较丰富的岩溶裂隙水。

为区内中等含水层。

②吴家坪组：主要含水层为第二段底部和第三段的含燧石灰岩和硅质岩一般厚200m 以上。

其中第二段底部厚
层状含燧石灰岩为K 煤层顶板，
为区内中等含水层，位于煤系地层之下。

③茅口组：主要由灰岩组成，其中夹硅质灰岩。

出露在矿区西北角，岩溶裂隙发育，含水丰富，为良好的含水层，
其厚度200m 以上，
为矿区强含水层。

2.1.2主要隔水层：吴家坪组中的粘土岩吴家坪中
在各中厚层至厚层一块状燧石灰岩及硅质岩中，一般夹有多层厚度不定的粘土岩和泥岩其透性，
含水性弱，是良好的隔水层。

第四系：仅残留于山谷、溪沟，面积小。

为碎屑岩的残积，
坡积及冲积物，厚度小于10m ，仅含微弱孔隙潜水,为矿区弱含水层。

2.2工程布置由从地质的角度出发，每个区域都有一定的含水岩层。

在贵州地区，丰富的储水层位多在灰岩——————————————————————
—基金项目：贵州省社会发展攻关项目（黔科合SZ 字[2008]3011）；
贵州省煤矿井下水患电法探测与示范工程，黔经信委（2010035）。

作者简介：王健（1976-），男，贵州兴义人，兴义市煤炭工业管理局工程师，硕士研究生，主要研究方向为电法勘探，长期从事煤矿安全生产管理工作，对小煤矿瓦斯流治理和
锚杆支护有一定的研究。

高密度电法在煤矿节理裂隙中的应用研究
Research of High-density Electrical Method Application in Jointed Crack in the Coal Mine
王健①②WANG Jian ；张义平②③ZHANG Yi-ping ；肖川①②XIAO Chuan
（①兴义市煤炭工业管理局，兴义562400；②贵州大学矿业学院，贵阳550003；
③贵州省非金属矿产资源综合利用重点实验室，贵阳550003）
（①Administration of Coal Industry in Xingyi ，Xingyi 562400，China ；②Mining College ，Guizhou University ，Guiyang 550003，China ；
③Guizhou Key Laboratory of Comprehensive Utilization of Non-metallic Mineral Resources ，Guiyang 550003，China ）
摘要：介绍了高密度电法的探测原理和探测方法，结合贵州省惠水县砂坝煤矿的探测实例，说明高密度电法在煤矿节理裂隙的探
测效果良好，在煤矿中具有良好的应用前景。

Abstract:It introduces the principle of detection and detection methods combination with example in coal mines in Huishui County dam Guizhou Province.It shows that high density electrical method has good effect on detecting jointed crack in the coal mine,therefore it will use widely in the coal mines.
关键词:高密度电法；节理裂隙；电阻率Key words:high-density electrical method ；jointed crack ；resistivity 中图分类号：TD82文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2012）
27-0056-03
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Value Engineering
的岩溶裂隙中，其次是砂岩构造裂隙内等。

当基岩完整时，电性在横向基本是均匀的,在竖向上呈有规律的变化，一般
电阻率随深度增高,视电阻率等值线反映为平行光滑，
有规律，并且其电阻率是相对较高的。

但当其中的岩溶裂隙充水后，就会改变该段区域的综合电性。

所以在此区域找水，主要就是在高阻中寻找相对的低阻区段当基岩完整时，电性在横向基本是均匀的，在竖向上呈有规律的变化，一般电阻率随深度增高，视电阻率等值线反映为平行光滑，有
规律。

反之，当基岩发育有溶洞或裂隙时，电性不再均匀和有规律，电阻率曲线在平行和疏密程度上都不同，或呈陡立，或局部低阻。

所以判断节理裂隙是否存在，只要看剖面视电阻率曲线是否对直立的或倾角较大的板状低阻地质体，视电阻率等值线往往曾向上凸起的低值异常[6-7]。

野外工作使用了重庆仪器厂生产的DUK-2A 高密度电阻率成像系统，该仪器既可以做二维高密度电法勘探，也可以做三维高密度电法勘探，其特点是存储量大、测量效率高，可与其它电法处理软件配合使用，电极排列装置类型多样。

实际操作中共有6条大线120个电极，最大极距为5m 。

工区沿排水沟共布设高密度电阻率测线2条，测线如图2所示。

得到的数据经过计算机处理，可得到相应的电阻率剖面。

3数据处理与解释
把所得到的数据在室内利用Rev2dinv 电法计算专用软件进行处理，把电法数据中的坏点进行了剔除，取两点间平均值进行平
滑。

高密度电法装置方式较多，这里均采用温纳装置，即选取AM=MN=NB=a （a 为电极距），记录点取在MN 的中间，
采集系统通过仪器自动选取A 、
B 、M 、N ，在60根电极中相互转换，同时主机测试到不同位置不同层的视电阻率值，最终完成整条剖面的数据采集工作，所测视电阻率计算公
式为：
ρs=（KAB ΔUMN ）/I ，工作电极数为120个，极距5m 。

根据一般规律，在高阻地质体上，视电阻率等值线呈现圈闭的高值异常，如果高阻地质体埋藏较浅，或规模较大，等值线圈闭明显，圈闭范围较大，等值线浓密；反之，埋藏越深，或是规模较小，等值线圈闭明显，圈闭范围较小，等值
线稀疏。

高阻地质体异常一般由致密坚硬的灰岩、
溶蚀空洞所引起。

在等轴状或似等轴状低阻地质体上，视电阻率等值线往往呈现圈闭的低值电阻异常，如果埋藏较浅，或规模较大，等值线圈闭明显，圈闭范围较大，等值线浓密；反之，若埋藏较深，或规模较小，等值线圈闭不明显民权比范围较小，等值线稀疏。

对直立的或倾角较大的板状低阻地质体，视电阻率等值线往往曾向上凸起的低值异常，如节理裂隙异常等。

低阻异常一般有节理裂隙、地下水、硅质
岩及煤层底板粘土岩层引起。

岩体裂隙充水或泥影响范围电阻率小于600Ω·m 。

图3至图4是测线的视电阻率反演等值线图[8-9]。

在图3中，位于88号到91号点位间，标高从1007到952m 深部，发育地层P 3w 2（上部为硅质岩，下部为硅质岩，中部为砂质页岩，中等含水层），电阻率大于2000Ω·m ，根据惠水县断杉镇沙坝煤矿矿井开拓系统、采掘巷道布置图，推断为101运输巷。

位于101号到104号点位间，标高从1045到1005m 深部，发育地层P 3w 3
（上部为硅质岩，下部为硅质岩，中部为砂质页岩，弱含水层），电阻率大于2000Ω
·m ，根据惠水县断杉镇沙坝煤矿矿井开拓系统、采掘巷道布置图，推断为101回风巷。

位于81号到87号点位间，标高从1011到970m 深部，发育地层P 3W 2（上部为石灰岩，下部为灰岩，含细粒砂岩，中等含水层）和P 3W 3（上部为硅质岩，下部为硅质岩，中部为砂质页岩，弱含水
层），电阻率小于600Ω·
m ，异常特征为节理裂隙异常中有低阻圈闭的异常存在，推测主要原因为掘进101运输巷过程中导致上覆岩层的松动，从而形成较强的节理裂隙。

位于19号到109号点位间，标高从
地面到880m 深部，
发育地层P 2m （灰岩，强含水层）和P3W1（上部为石灰岩，下部为灰岩，含细粒砂岩，中等含水层），
电阻率小于600Ω
·m ，视电阻率等值线往往曾向上凸起的低值异常，异常特征为溶岩裂隙充水。

在图4中，位于67号到96号点位间，标高从地面到901m 深部，电阻率大
于2000Ω
·m ，异常特征推测为采空区三带，由以往开采记录可以证实该范围为采空区。

位于16号到60号点位间，标高从地面到881m 深部，发育地层为P
3w 2
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价值工程军队工程大体积混凝土裂缝防控浅析
Analysis of Prevention and Control of Army Engineering Mass Concrete Crack
罗盛LUO Sheng；马志明MA Zhi-ming；刘学理LIU Xue-li
（中国人民解放军后勤工程学院，重庆401311）
（Logistic Engineering University of PLA，Chongqing401311，China）
摘要：文章介绍了大体积混凝土裂缝的特点，分析裂缝产生原因，并提出了相应的预防解决措施，为军队工程项目建设提供参考依据。

Abstract:In this paper,we introduce the crack characteristics of mass concrete,analyze the cause of crack engendering and put forward some proper preventing setting measures which can provide reference basis for the army construction project.
关键词：大体积混凝土；裂缝；防控
Key words:mass concrete；crack；prevention and control
中图分类号：TL372+.3文献标识码：A文章编号：1006-4311（2012）27-0058-02
0引言
大体积混凝土在施工期会受到外界和自身各种因素的影响，引起不同程度、各种样式的裂缝，影响建筑物的整体性，危及建筑物安全。

军队工程建设项目如仓库洞口、岸堤、码头等施工时标准高、要求严，信息化战争对军事基础设施的整体质量要求更高，为适应现代战争需求，特进行裂缝防控方面的研究，以供参考。

1大体积混凝土裂缝的类型及成因
1.1大体积混凝土裂缝类型大体积混凝土由于其体型大、钢筋密、施工工艺要求高、受环境影响大等原因，其裂缝类型主要有温度冷缩裂缝、干缩裂缝、沉降裂缝等。

温度冷缩裂缝一般产生于混凝土浇筑后的第三天，一般为垂直缝，其形态一般是条状或者条状缝相交。

干缩裂缝产生于施工期，其形状多为散乱状，缝浅。

1.2大体积混凝土裂缝形成原因大体积混凝土施工阶段产生的裂缝，一方面是由于内外温差而产生的应力和应变，另一方面是结构物的外部约束及混凝土各质点间的约束阻止这种应变。

一旦温度应力超过混凝土抗拉强度，就会出现裂缝。

1.2.1水泥的自身性能影响水泥在水化时会产生大量的热能，由于混凝土导热性能一般，加之大体积混凝土断面较大，导致其内部水化热量不断升高，而表面热量释放较快，温度较低，致使混凝土内外温差相差很大,形成内外“温度梯度差”。

当混凝土外部抗拉应力小于内部压应力时，产生裂缝。

1.2.2混凝土养护不充分由于水灰比的原因使混凝土在运输、搅拌时产生离析现象，振捣时又会出现不均匀现象，致使大体积混凝土整体抗拉强度不均匀，很容易出现裂缝的薄弱部位。

在养护过程中，由于养护不当、不充分，易使混凝土表面水分散发过快，导致混凝土干缩变形的产生，在力的综合作用下，产生裂缝。

1.2.3收缩作用产生的裂缝混凝土在空气中硬结时体积减小的现象称为混凝土收缩。

这种收缩会在混凝土内部产生拉应力,使混凝土开裂。

在硬化前期,主要是水泥硬化产生的体积变化,后期主要是自由水蒸发产生的体积变化。

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作者简介：罗盛（1983-），女，重庆人，中国人民解放军后勤工程学院，助教，管理学学士，研究方向为建筑工程项目管理。

（石灰岩、硅质岩，中等含水层），P3w3（石灰岩、硅质岩，中等含水层），电阻率小于600Ω·m，异常特征推测为节理裂隙异常。

根据上述研究成果，我们在分别在砂坝煤矿物探1线和物探2线的排水沟中选择3个地点测量水的流速，发现矿井水从水泵排出后沿排水沟逐渐减少，因此推断该异常区是由井下水仓排到地面的水又通过溶岩裂隙渗入地下造成。

因此，我们把沙坝煤矿的两个排水沟沟底用基石铺好好重新测量水泵的排水量时发现，水泵的排水量减少显著。

究其原因，很可能是由于堵住岩层节理裂隙的通道造成。

4结论与建议
高密度电祖率法自动化程度较高，勘探费用低，效率高。

其多方法特点不同，因此可以在构造复杂，不良地质体较多的区域会起到很好的探查效果。

对于探查目标体来说，如果首先使用高密度电阻率法并辅之于其他物探方法进行普查，再辅以其他方法验证，以综合勘探的思路，必能起到事半功倍的效果。

可以相信，高密度电阻率法在煤矿生产中将会发挥越来越重要的作用。

随着电法勘探仪器水平的不断提高，软件水平的更大进步，相信高密度电法将会得到更广泛地应用，为我国煤矿经济建设和安全产生带来更大的经济和社会效益。

参考文献：
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