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2011 年第 5期
中州煤炭
总第 185期
高分辨电阻率法在煤矿超前探测中的应用
张ห้องสมุดไป่ตู้
( 1. 中国煤 炭科工集团 西安研究院 , 陕西 西安
军,赵
1
莹 ,吴
2
迪
1
710054; 2 . 西安大地测绘工程有限责任公司 , 陕西 西安
710054)
摘要 : 高分辨电阻率方法作 为一种精度高 、 经济实用的 探测技术 , 已成为 探测矿井水 文地质的 重要手 段 。 阐 述了高分辨电阻率法的基本原理 。 结合具体实例 , 对高分辨电阻 率法探测 煤矿巷道地 质异常应 用方法 进行 了介绍 。 探测结果表明 , 该法准确 、 可靠 、 经济 适用 。 关键词 : 高分辨电阻率法 ; 超前探测 ; 三极 ; 防治水 中图分类号 : P631. 322 文献标识码 : A 文章编号 : 1003- 0506( 2011) 05- 0025- 02
电阻率的变化规律基本一致。横向上 , 导电性含水 性好 , 与围岩有明显的电性差异。煤系地层这种重 要特性, 使得高分辨电阻率法在这些地区应用, 可取 得较好的使用效果。 2 2 施工区地质概况与地电特征 巷道的不均匀性造成接地电阻变化较大, 阻值 在几十至几百 欧姆间变化。基岩是一套含 煤泥岩 系, 岩层平缓 , 倾角 3 左右。所采煤层厚 2 5 m, 煤 层稳定。煤层顶板为粉砂岩、 砂质泥岩 , 底板为粉砂 岩、 砂质泥岩, 顶底板比较稳定。根据局部钻孔资料 可知 , 施工区煤层电阻率较高 , 其他碎屑岩的电阻率 较低 , 且随着岩层的粒度变粗而增大, 即由泥岩到粉 砂岩、 细砂岩、 中粗砂岩电阻率依次增高。煤层被采 出留下的空洞如果不充水, 其电阻率比煤层高; 如果 空洞、 裂隙或断层充 水, 其视电阻率相对较 低。因 此, 施工区具备利用高分辨电阻率法探测采空区的 物性前提。 2 3 对探测环境条件要求 ( 1)探测巷道的掘进长度一般情况下要大于 60 m, 如果巷道掘进过程中起伏较大 , 那么将影响探测 精度。 ( 2)发射电极、 接收电极要尽 量布置在一条直 线上 , 尽量避开水体、 铁器等物体。 2 4 施工布置 超前探测前方含水异常方法为 三点点源法 , 即首先布置第 1 个供电电极 A 1; 然后在第 1 个电极 后方同一直线上等间距布置第 2 个 A 2、 第 3 个电极 A 3, 形成 3 个供电点 , 测量供电电极 A 1, A 2, A 3 间距 为 4 m, A 1 距掘进面 14 m; 另外再布置无穷远电极 B 和接收电极 M 、 N , 接收电极间距为 4 m, 探 测距离 104 m, 如图 3 所示。具体施工时供电电极、 无穷远 电极及仪器均不动 , 接收电极 M 、 N 根据设计的观测 系统由仪器自动切换。
集数据和解释范围上有所不同, 高分辨电阻率法解 释范围为电极测线所控制区域内的地质异常, 而超 前电法探测关心的是巷道前方的地质异常。因此, 地面高分辨电阻率法的应用完全可以用于井下全空 间地质异常探测。 高分辨电阻率法有以下优点 : 在装置形式上 , 高 分辨电阻率法采用单极 偶极装置。结合模型正演 结果表明 , 在相同地电条件下 , 单极 偶极装置的异 常幅值较大、 宽度较窄, 能实现对地下分辨单元的多
[ 1] 孔祥元 , 郭际明 , 刘宗泉 . 大地测 量学基 础 [ M ]. 武汉 : 武汉大 学出版社 , 2001 . 李征航 , 黄劲松 . GPS测量与数 据处理 [ M ] . 武汉 : 武 汉大学出 版社 , 2005. [ 3] 李青岳 . 工程测量学 [ M ] . 北京 : 测绘出版社 , 1984.
4 结语
由于义煤集团兼并重组煤矿数量多、 分布范围 广 , 而且原来地方煤矿测量基础差, 资料缺失严重 , 数据不准确 , 影响兼并重组工作的顺利进行。通过 ( 上接第 26页 ) 由图 4 可知 : 工作面前 方探测区域内出现 2 处异常区, 1 号 异常区位 于工作 面前方 54~ 57 m 处 , 2 号异常区位于工作面前方 74 ~ 77 m 处 , 可能 为含水段; 两处异常区宽度均为 3 m 左右, 1 号异 常区幅值相对较小, 推断 1 号异常区工作面前方存 在裂隙发育带 , 富水性相对较弱。 2 号异常区幅值 相对较大, 推断异常区段存在裂隙发育或岩性变化 , 裂隙发育区岩层相对富水, 富水性相对较强。其余 段视电阻率相对较高, 且较为均一, 可能为煤层段、 全岩段或煤岩交互段。
1 2 1
710054 , Ch ina; 710054, China )
2. X i an D adi Survey ing M app ing P roject Co. , L td. , X i an
Abstrac t : A s a kind o f prospec ting techno logy w ith h igh prec ision, good econom ica l effic iency and practica l app licab ility, high reso lution res istiv ity m ethod is an i m portantm eans using to survey m ine hydrogeo logy . T h is paper elaborated basic princ ip les o f h igh resolution re sistiv ity . Co m b ined w ith the spec ific ex a mp le , roadw ay geo log ical ano m a lies survey using h igh reso lu tion resistiv ity m ethod w as intro duced . The resu lts show tha t , the de tection is accurate , reliable and affo rdab le . K eywords : high reso lu tion res istiv ity m ethod ; advanced detec tion ; three po le ; water prev ention and contro l
次覆盖测量。因而 , 高分辨电阻率方法有更好的压 制静态效应和抗干扰能力以及更高的分辨率。正因 为高分辨电阻率法的这些优点, 使其成为矿井超前 探测、 采空区探测等的首选方法
[ 3]
。
矿井高分辨电阻率法属于全空间电法勘探, 它 以岩石的电性差异为基础, 该方法供电电极位于巷 道中 , 电场呈全空间分布 , 可利用全空间电场理论对 数据进行分析解释。根据点电源场理论分析, 点电 源在均匀全空间的电力线呈射线发散 , 等电位面为 以供电点为球心的球面, 电位差则是以供电点为球
实地测量和分析研究 , 可以解决许多兼并重组矿井 的测量问题: 建立统一坐标系统, 便于管理, 便于 查找矿井对应位置关系以及确定与大中型矿井的相 对位置关系; 分区处理成果 , 建立不同区域的分带 成果 , 提高各区内部相对精度 , 保证生产与安全措施 的顺利实施; 根据不同区域的起算成果, 实现了高 精度的跨带计算及不同椭球之间的坐标换算, 解决 了不同区域不同椭球参数成果统一应用的难题; 绘制了高精度的采掘工程平面图及井上下对照图, 满足了矿井信息化管理要求。 参考文献 :
图 2 超前探测原理示意
2 应用实例
某工作面轨道巷, 由于岩层部分主要为砂质泥 岩和粉砂岩 , 为低电阻率特征, 而煤层为相对高电阻 率特征 , 可以选用电法勘探来查明全岩段的展布情 况。为查清主要含水、 导水构造的分布规律, 评价掘 进面前方富水性及裂隙含水性情况, 预测潜在导水 通道, 采用高分辨电阻率法进行井下数据采集工作。 2 1 地质及地球物理前提 不同岩性的地层具有不同的导电性能, 即不同 地层具有不同的视电阻率。对于煤系地层 , 横向上 , 由于煤系地层的层状分布 , 其导电性相对均一 ; 纵向 26
收稿日期 : 2011- 02- 11 作者简介 : 张 军 ( 1981 ) , 男 , 陕西 西 安人 , 助 理工 程 师 , 硕 士 , 2009 年毕业于长安大学 , 现从事电磁探测技术研究工作。
心的同心球壳 , 球壳厚度应为测量电极间距
[ 4]
。超
前探测是研究掘进面前方含水、 导水构造的分布和 25
图 3 轨道上山超前探测施工布置及成果解释示意
2 5 探测结果分析 由探测结果 ( 图 4) 可见 , 煤层段及全岩段表现 为高视电阻率区。图 4 中 54~ 57 m 处 , 74 ~ 77 m 处段为视电阻率最低区段。 ( 下转第 41 页 )
2011 年第 5期
王文良等 : 兼并重组煤矿测量工作存在问题及解决方案
总第 185 期
一的 1954 北京坐标系统。即在 3 带 投影基础上 , 建立 C 级 GPS 控制网 , 再根据需要, 解算各地转换 参数, 最终完成 1954 北京坐标系向 1980 西安坐标 系的转换。 ( 2) 在统一坐标系统的基 础上, 搜集各地区的 现有控制资料, 经过检核后, 利用 GPS 评差软件 , 结 合投影带的划分标准 , 设置不同的中央子午线 111 和 114 , 按 3 带投影 , 分别求出各个区域相应的控 [ 3] 制点平面直角坐标 , 带号分别为 37 和 38 。 ( 3) 逐渐规范采矿证坐标系统。按照煤矿测量 相关要求, 结合实地测量结果, 对原有采矿证批复坐 标不合理的提出申请 , 建立统一坐标系, 统一投影带 划分标准, 报上级管理部门协商解决。
2011 年第 5期
中州煤炭
总第 185期
发育情况以及地层电性变化规律的一种井下电法探 测技术。为了达到超前探测的目的, 采用 3 个供电 极交替供电分别测量的方式 , 利用几何交汇的原理 ( 图 1) 进行探测 , 这种方法可以消除顶板、 底板和后 方的影响, 反映巷道掘进面前方的地质异常, 达到超 前探测的目的。
