矿井直流电法勘探中应注意的几个问题_于景村-重点

( 1) 某一采样点的深度值 H m :
( 3) 文件长度为 l :
l = 600+ 2( n + 3) @ H / v h ( 字节)
( 4) 生成 W indow s95 长格式文件名: 利用文件头中的施工区、孔号、测量范围以 及方法代号, 可以生成长达 70 万字节的文件名, 使所有原始野外数据统一保存在一个存储介质 ( 例如 CD- ROM ) 中。
第 10 卷第 3 期 1998 年 9 月
中国 煤 田地 质
COA L G EO L O GY O F CH I NA
V o l. 10 N O. 3 Sep. 1998
矿井直流电法勘探中应注意的几个问题
于景村 ( 中国矿业大学资源与环境科学学院 徐州 221008)
摘 要 阐述了矿井直流电法在探测矿井含 ( 导) 水构造中的方法选择、施工过程和资料解释中应注意 的问题。通过对具体问题的探讨, 对提高矿井直流电法在煤矿防治水中的应用效果具有一定实用价值。 关键词 矿井直流电法勘探 构造 巷道
参考文献
1 刘 天放, 李志聃 1 矿井地球 物理勘探 . 北京: 煤炭工业出版 社, 1993
2 李志聃 1 煤田 电法勘探 1 徐州: 中国矿业大学 出版社, 1991 3 岳建华, 李志聃 1 巷道空间对矿井电测结果影响的物理模拟
实验研究 1 煤田地质与勘探, 1992 4 赵海峰 1 矿井直流电法数值模拟技术研究 1 徐州: 中国矿业
( 上接 59 页) 最为复杂, 不同极距受全空间效应 和巷道空间的影响不同, 而井下实际测量的视电 阻率都是按半空间的装置系数计算的, 巷道影响 的非线性叠加必然会造成底板电测深曲线的 / 畸 弯0, 文献[ 3] 对巷道空间的影响进行了系统探讨, 并给出纯巷道空间影响的校正系数。由于来自煤 层顶、底板构造的稳定电流场全空间效应的影 响, 巷道底板电测深曲线的定量解释不能直接采 用地面电测深曲线定量解释程序, 否则会出现错 误的解释结果, 实测的资料经过巷道影响校正 后, 可采用巷道底板电测深曲线自动反演方法进 行分层定量解释[2 ] , 地电模型曾参数初值由计算 纵向电导法[2 ] 确定。
新的野外数据格式具有文件头信息量丰富、 文件名内函全面、文件识别与对比容易、便于建 立大区多施工区测井数据库的优点, 而且还可以 监控测井质量、提供不同点段的测井提升速度, 为定量解释提供基础数据。因此该数据格式是一 种适合煤田测井特点的新格式, 该格式的推广将 有利于测井技术的发展, 有利于测井资料处理技 术的提高。
结论
¹ 由于矿井直流电法勘探方法多样性, 针对 不同的地电异常体的勘探, 合理选择有效的勘探 方法, 是确定能否探测到异常体响应的关键;
º 由于矿井直流电法勘探施工空间的特殊 性和巷道及周围各种干扰因素的影响, 给实际施 工带来很大困难, 采取有效措施压制干扰, 是保 证有效异常识别的关键。
» 矿井直流电法勘探中稳定电流场的分布 特征有别于地面直流电法勘探, 因此, 尽管二者 在原理和装置形式上有许多相同或相似之处, 但 实测地电异常规律存在明显差异, 矿井直流电法 勘探资料处理和解释中要充分考虑井下全空间 效应和巷道影响等问题。
矿井高密度电阻率法是一种新型的直流电 法技术, 它是集测深和剖面于一体的一种多装 置、多极距的组合方法。它具有一次布极即可进 行多点、多极距和多参数的数据采集的优点; 并 通过数据处理求取比值参数, 可突出异常信息, 减少多解性。与其它方法比较, 此法具有高效率、 信息丰富、解释方便、勘探能力显著、可减少井下
提高信噪比。一般的数字电法仪器的多次采样叠 加仅能在一定程度上抑制弱干扰信号, 对于强的 脉冲型和似稳定的杂散电流, 采用 / 方波比较读 数法0 可成功地进行压制。巷道底板铁轨对直流 场的影响程度与布极位置有关, 通过多次井下试 验表明[ 1] : 供电电极相对铁轨位置固定, 测量电 极相对铁轨位置的变化, 不会引起较大的观测值 的变化; 当供电电极相对铁轨位置不同时, 影响 也不大, 在铁轨与底板连接完好情况下, 如在有 皮带运输的巷道中, 由于皮带金属支架与底板接 地很好, 则其影响不可忽视。一般铁轨对井下电 法观测结果可视为一/ 区域0背景值; 巷道金属支 架对场的影响取决于支架与煤帮或岩壁的接触 情况, 以及的相对位置。井下试验结果表明: 供电 电极 AB 靠近支架, 支架对场的影响较大, AB 位 于两支架中间时, 其影响最小, 所以井下布置电 极时, 为减小支架的影响, 尽量使电极布置在金 属支架中间位置; 底板浮煤和局部积水或潮湿使 其电性变化很大, 特别是干燥浮煤, 其影响最显 著, 致使观测不稳定, 结果不可靠, 为此, 在有浮 煤的地方, 应最大可能使接地电阻达最小, 同时 减少电极重复安置次数, 保证观测数据质量; 对 于局部积水和潮湿地段, 除引起表层电性较大的 变化外, 有可能使供电线发生漏电, 因此, 施工中 特别注意供电电线远离积水。
3 资料解释中注意的问题
矿井直流电法勘探在地下巷道中进行, 因测 点位置靠近勘探对象, 许多在地表无法探测到的 小规模地电异常体, 在地下可获得较强的异常响 应。然而, 不同矿井直流电法受全空间效应和巷 道空间的影响的特征有所不同, 就矿井电剖面法 而言, 巷道空间对不同测点观测值的影响可视为 背景值, 数值模拟结果表明[4 ] , 全、半空间条件 下, 底板岩层内地电异常体的异常响应特征一 致。对于大电极距的剖面法, 由于受全空间场等 效视电阻率并联特性的压制作用, 来自顶板岩层 地电异常体的干扰影响趋于平缓且具有幅值低 的特点, 对比分析矿井多极距剖面曲线, 可以识 别出该类干扰影响。
作者简介 于景村 男 32 岁 1992 年毕业 讲师 收稿日期 1998- 04- 20
断层和裂隙发育带, 评价断层构造带含水程度等 可选用该方法。
矿井顶、底板电测深法常用的主要有三极电 测深法和对称四极电测深法两种装置, 而且实际 应用中, 大多数是测量巷道底板以下地层深度方 向的电性变化。矿井三极电测深法具有施工轻 便、对异常反映灵敏等特点; 而对称四极电测深 法具 有抗 干扰能 力强 和 测量 中读 数准 确的 优 点。实际测量中具体选择何种方法, 主要根据已 有巷道的长度而定, 对长度有限的巷道, 若选取 对称四极电测深法装置进行测量, 将在巷道两端 点区域造成盲区, 而实际勘探区域往往位于巷道 的两端位置 ( 如探明巷道掘进头附近底板含水情 况等) , 因此, 为了既能查明巷道底板下岩溶裂隙 发育及含水情况, 又不在巷道两端点造成盲区, 一般选择矿井三极电测深法装置比较适合。实际 测量中, 首先沿巷道一端布点测量, 当供电线长 度达到巷道另一端时, 可将供电线反方向布置, 这样巷道两端均可测到; 对于具有足够长度的巷 道, 测量中供电线易布置, 一般选择对称四极电 测深法比较适合, 该方法施工中工作量较大, 但 对矿井下的各种干扰具有很强的压制能力, 测量 曲线较三极电测深装置的曲线光滑, 便于作定量 解释。
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于景村: 矿井直流电法勘探中应注意的几个问题
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通讯不便可能造成的跑极错误和保证电极接地 条件稳定的特点, 是用于解决开采地质条件和水 文地质等问题的理想矿井物探方法, 非常适合井 下施工。但是, 该方法测量参数多, 工作量大, 而 且要达到某一勘探深度, 巷道必须有足够的长 度。实际中对于勘探深度不大( 如 70m 以内) 、巷 道仅有 200m 左 右长度和对底板下的异常要求 准确定位的足够长度的巷道, 选择矿井高密度电 阻率法比较适合。但矿井高密度电阻率法工作量 大, 增加成本, 实际测量时, 为减少工作量, 又能 对异常体准确定位, 一般采用矿井高密度电阻率 法和其它矿井物探方法联合勘探。
由于矿区游散电流干扰、巷道底板浮煤和局 部地段积水或潮湿引起接地表电性变化以及人 工金属设施等因素, 严重影响井下观测质量。除 采用抗干扰能力强的仪器外, 井下施工技术方面 要采取必要的措施, 以避开或压制各种干扰对观 测的影响。
井下地电干扰具有强度大、类型复杂的特 点。出于井下安全考虑, 不宜采用大电流供电来
1 方法选择
按电法装置类型和解决地质问题性质的不 同, 矿井直流电法有: ¹ 矿井电剖面法, 如三极电 剖面法, 对称四极电剖面法等; º 巷道顶、底板电 测 深法, 如三极电测深法, 对称四极电测深法 等; » 高密度电阻率法。这三种方法为矿井直流 电法勘探中最常用的勘探方法[ 1] 。
矿井电剖面法是研究沿巷道方向某一深度 上岩石电性变化, 特点是装置形式多样, 灵活方 便, 可采用小点距和多极距进行测量。对于预测
以岩石电性差异为基础的直流电法勘探已 成功用于解决各种地质问题, 而用于解决井下矿 井地质问题, 直到 80 年代后期国内一些单位才 逐渐地开展这方面的研究和试验。鉴于电法方法 的灵活多样性, 矿井直流电法在解决井下小断 层、地下涌水点、岩溶分布、煤层冲刷带和顶板稳 定性等地质问题方面是经济而有效的, 特别是在 解决与水有关的矿井构造方面, 矿井直流电法更 显示出较大的优越性[1 ] 。然而, 对于不同的矿井 地质条件和井下施工环境, 针对纵多的矿井直流 电法勘探方法如何去选择? 如何在具体的井下巷 道中布点测量? 如何对观测资料进行解释? 为煤 矿的安全生产提供可靠的地质资料, 这是利用矿 井直流电法准确探测井下导水通道和小地质构 造等矿井地质问题的关键, 以下对常用的三种矿 井 直流 电法勘 探方 法就 上述 几 个问 题进 行探 讨。
2 井下施工应注意的问题
矿井直流电法勘探在地下巷道中进行, 因而 不同于地面电法勘探。由于受井下空间的限制, 勘探工作只能在已有巷道中进行, 因而测点布置 除根据地质任务和勘测详细程度的要求外, 还要 考虑巷道的长度、通行和安全情况。以调查顶、底 板断层或裂隙发育带位置为目的的矿井直流电 法勘探, 测点应布置在距断层或裂隙带两测 20~ 30m, 特别是充水构造, 以免极化不稳定造成观 测的困难; 如果以分层定厚或探测底板含水层赋 存状态为目的, 一般沿巷道等间距布置测点, 点 距可根据勘探地质体的大小而定。对于极距的选 择应根据勘测地质任务来确定, 同时也要考虑井 下施工方便和可能对剖面法, 一般采用小点距和 多极距进行勘测; 对电测深法, 最大极距一般不 小于预期勘测深度的 2 倍。最小极距视巷道底板 浮煤厚度和顶、底板岩石破碎程度而定; 矿井高 密度电阻率法装置布置一般与地面相同。测量电 极 M N 的选择要考虑有效信号和干扰信号的强 弱, 一般采用 M N / A B = 1/ 3~ 1/ 20 为宜。