电法三极超前探测

3 电阻率法的基本测量原理
3.1 岩土介质的电阻率
在电法勘探中，用来表征岩、矿石导电性好坏的参数为电 阻率(ρ) 。从物理学中已知，当电流垂直流过单位长度、单 位截面积的体积时，该体积中物质所呈现的电阻值即为该物质 的电阻率。计算公式如下：
Rs/L
(U / I ) (s / L)(.m)
矿用高精度直流电法仪
——需求分析评审报告
报告人 ：张 奇 日 期 ：2011年2月15日
1 研究背景
在煤炭开采过程中，由于煤层的开挖和底板的变形、破坏， 在底板中形成导水裂隙带。当裂隙带发展到含水层时，在煤层底 板中出现一条或多条导水通道，含水层中的水将沿着裂隙带涌向 采空区，发生突水灾害。随着开采深度和强度的增加，煤炭开采 环境日趋复杂，水害问题将更加突出。深入调查巷道内地质环境， 开发含水地质的探测技术，以预防和治理突水，对于煤矿安全生 产具有积极的意义。
本项目所做研究就是以物探方法作为仪器的主要特性，采 用电法勘探技术为主要手段，勘查巷道顶、底板隔水层厚度、断 裂层、破碎带、陷落柱，尤其是含水、导水破碎带，甚至潜在的 突水点等含水地质构造，为预防煤矿灾害提供有效地数据支持。
1.1 项目研究的必要性
据中国矿大2008年中的一篇博士毕业论文中提到，煤矿水害 作为仅次于瓦斯的矿山五大安全灾害之一，也是世界产煤国家面 对的一个安全生产难题。我国煤田地质条件十分复杂，受水威胁 的煤炭储量占探明储量的27%，受底板岩溶水威胁的矿井高达222 处，占统配煤矿矿井总数的48%以上，其中受水威胁较严重的矿 井有171处，受水威胁的储量为6660Mt，占统配煤矿总储量的18%， 有51对矿井随时都有突水的可能。对于象徐州、淮南、枣庄、峰 峰等这样的老矿区，随着煤矿开采深度的增大，综合机械化采煤、 放顶煤技术的普遍应用，水害对综合工作面生产的影响日益突出， 在已有的事故报告中由于水害造成的经济损失可达数百亿元计。 目前，北方主要矿区受水害威胁的煤炭储量占15多亿吨，如何将 这些煤炭从承压水上解放出来，实现安全高效的煤矿生产，及时 而准确地预测、预防水害仍是函待解决的课题。
YD32(A)高分辨 电法仪
图1 YD32(A)型高分辨电法仪
图2 YDZ(A)型高分辨电法仪
2.2 矿用电法仪发展趋势
综合比较目前市场上现有产品的主要特点，我们不难看出，现有的 电法仪的设计正向着以下几个方面改进：
（1）多电极、多通道的采集技术将占据主导地位。这样不仅提高了 数据采集的数量和速度，还使电法仪具备了同时采集多种测量方式的 数据。
3.2 影响岩、矿石电阻率的因素
在过去十几年里，先后有重庆煤科院、西安煤科院、中国地质大 学研究所先后做过相关方面的研究，但至今为止，唯有西安煤科院仍 保有该产品，对该产品的市场形成垄断的格局。
注
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风水与居家风水的理 念
风水是方位选择的艺术。 风水是环境组织学。 居家风水，选择最佳方位，调配居家环
境物件，管理居家环境结构，提升健康、 幸福与财富指数。 居家风水的核心理念是：以人为本，借 天时与地利，追求天人合一，实现人居 和谐及成功发展。
注
电阻率(ρ)单位是欧姆·米，记作Ω·m。
一些常见物质的阻率值
• 煤的电阻率 • 海水的电阻率 • 湿土壤的电阻率 • 泥岩的电阻率 • 砂岩的电阻率 • 灰岩的电阻率 • 砂砾的电阻率 • 花岗岩的电阻率 • 铜的电阻率
30-1000Ω•m 0.2-1 Ω•m 1-10Ω•m 10-100 Ω•m 100-1000Ω•m 300-10000Ω•m 600-10000Ω•m -10000Ω•m 0.0001Ω•m
1.2 项目研究的优越性
高精度直流电法仪的本质是直流电阻率法的一种。它是根据 不同物质的介质电性差异，研究在人为施加电场的作用下，地下 传导电流的变化分布规律。相对传统的矿用直流电法仪，吸收市 场现有高密度电法仪的主要特点，针对煤矿巷道内的地质环境， 增加了相应的供电输出电极和测量接收电极的数量，提高一次电 极布设的数据采集量，具备深度测量和剖面测量的功能。相对于 传统的矿用直流电法仪而言具有以下优势： （1）第一次将电极布设完成后即可对多个观测点进行测量，这 样就大大减少因为反复布设电极而引起的不必要的故障和干扰， 节约了数据测量所需的时间。 （2）电极布设完成后，能够通过改变算法来改变电极排列方式。 通过不同算法的测量可以获得较丰富的关于地电断面结构特征的 地质信息。 （3）相较于传统4极的矿用直流电法仪明显具有采集数据丰富、 反演解释详细方便、勘探能力更强的优势。
2 矿用电法仪器市场现状及其发展趋势
2.1 国内市场现状
我国的电法勘探工作始于50年代初，主要是引进前苏联的方法技 术，以直流电法为主；随后又逐渐引进、发展了电化学方法，如激发 极化法；到60年代，我国科研人员开始研究以绝对测量为特点的电磁 感应类方法；至70年代，则以相对测量为主，并在80年代有较大的进 展。目前我国煤田勘探主要采用瞬变电磁法、高精度磁法、高精度重 力法、直流电法勘探（含高密度电法勘探）、地质雷达探测等，而实 际得到广泛应用的仍是直流电法勘探技术。
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（2）单台电法仪可支持对多种布极方式，相应的增加了数据反演解 释软件设计的复杂性。
（3）改变了以往井下数据采集，井上计算机数据分析的作业方式， 提高了电法仪的硬件系统集成度，实现了巷道现场数据采集、存储、 解释的一体化微处理系统。
（5）井下巷道的小空间勘探方法的创新应用。 （4）三维高密度电法测量将得到大力发展。虽然现在三维高密度电 法测量由于种种原因还处于实验和研究的阶段，但随着技术水平的提 高，必将得到广泛的应用。