高密度电法在煤矿巷道超前探测中的应用.pdf

2 0 1 1 年 第5 期 互鹾晨 斜技 ■圈匿翻■ 高密度 电法在煤矿巷道超 前探 测中的应用 刘海桐， 朱鲁， 翟培合 山东科技大学地质科学与工程学院， 山东 青岛2 6 6 5 1 0 摘要 电法超前探测技术以高效、 方便等特点广泛应用于井下巷道前方未知构造的探测中。而高密度电法超前探测技术因其采用的测量装 置不同 ， 具 有更多的优 点。 关键词高密度电法超前探测含水异常构造坑道 中图分 类号 P 6 3 1 ． 3 2 2 文献标识码A Th e a p pl i c a t i o n o f hi g h de n s i t y e l e c t r i c a l me t ho d i n pi l o t de t e c t i o n i n c o a l mi n e s L i U Ha i t o n g ，Zh u L u．Z h a i P e i h S h a n d o n g U n i v e r s i t y o f S c i e n t i f i c a n d T e c h n o l o g y ， C o l l e g e o f G e o l o g i c a l S c i e n c eE n g i n e e r i n g， Q i n g d a o ， S h a n d o n g， 2 6 6 5 1 0， c h i n a Ab s t r a c t E l e c t r i c a d v a n c e d d e t e c ti o n t ech n o l o g y i s w i d e l y u s e d i n t h e d e t ect i o n o f t h e u n k n o w n s tr u c t u r e s i n f r o n t o f u n d e r g r o u n d t u n n e l b e c a u s e o f i t s c h a r a c t e ris t i c s s u c h a s h i g h e ff i c i e n c y ．c o n v e l l i e I Ic s ． Ke y wo r d s Hi g h - d e n s i t y r e s i s t i v i t y me t h o d p i l o t d e t e c t i o n wa t e r - b e a r i n g a n o ma l o u s s tr u c tur e tun n e l 1基本 原理 矿井电法超前探测技术 ， 是在原“ 三极测深” 基 础上改进、 发展而来的。目前 ， 已大量应用于井下巷道 前方未知构造的探测中。电法超前探测所依据的理论 基础是“ 点电源” 原理。在均匀介质中任意一点0用测 量极距 MN进行探测时， 实际上是探侧以 A为球心、 A O为半径 ， 厚度为 MN的球壳体积的介质电阻率 图 1 。超前探测是在测点上通过扩大供电极距来探侧地 质体在垂向上的结构变化特征 引， 如图 2 。 Z ／厂 、／ ／ ． 一一 ～’ ＼ ／ 一 ，_- ． f N ， I、D ， ／ D 7 Ⅳ 。 一 一 一 7 I X 一 ．．．一 I／ ／ 图 1 超前探测原理 空间示意 图 高密度电法超前探测采用两极装置 如图 3 ， 这 种装置的特点是 ， 供 电电极 B和测量 电极 N均置于 “ 无穷远” 处接地 二极装置实际上是一种测量电位 的装置 。它的布设电极是在整个测区一次布极完成 的， 无需跑极， 因此抗干扰能力强， 且采集数据大， 数据 体信息丰富， 施工方便、 成本低、 效率高。 收稿 日期 2 0 1 1 -0 31 4 作者简介 刘海桐 1 9 8 5 一 ， 男 ， 山东滨州人， 硕士研究生， 现就 读于山东科技大学， 从事于应用地球物理方面的研究。 顶板 兰 兰 二 二 [ 刍 底板 图2 巷道超前探测电极布置图 2工作 方法 图3 二极装置示意图 2 ． 1 井下数据采集 数据采集使用的是 WJ D J 一 3型高密度电阻率系 统， 沿巷道两侧对称布设电极， 电极间距 1 0 m， 采用两 极装置 两极 ， N 、 B极置于无穷远 观测巷道内的电场 分布。在实例 1的巷道内共布设了3 0个电极， 采集数 据点 6 0 0个； 在实例 2的巷道内共布设了 2 9个电极， 采集数据点 3 9 0 个。 2 ． 2数据处 理 数据处理主要包括以下几个步骤 整理、 编辑数 据 ； 建立反演模型； 数据反演 ， 反演方法为圆滑约束最 小二乘反演方法 ， 这种算法的好处就是调节阻尼系数 和平滑滤波器适应不同类型的资料 ； 绘制成果图， 应 用 S u r f e r 绘图软件 ， 对反演数据进行成图。 3 资料解释 经过反演程序 的计算， 得到的只是对野外测量 数据的一个处理结果 ， 要结合野外实际的地质地形情 况、 视电阻率曲线和等视电阻率剖面图进行综合判断， 去除假异常， 正确辨别地下高阻和低阻异常体。 下转第3页 2 0 1 1 年 第5 期 童 堪晨 斜技 3 2 ． 3钻探 工 程测 量 钻探工程， 主要用以查明煤炭的范围、 深度、 厚度 及其变化情况。通过打钻 ， 把地下的煤心取出来， 作为 观察分析的资料。钻探是勘探阶段的主要手段。 本次地质工作 已进入勘探阶段， 地质人员根据矿 体走向和赋存情况， 在地质地形图上设计钻孔 2 0个， 钻孔问距 1 1 k m。地质人员及测量人员根据地形地 质 图上钻孔位 置量取钻孑 L 设计坐标 。 2 ． 3 ． 1 钻 孔布 设 布孔一般由地质人员 、 钻机人员和测量人员共同 商量进行， 但主要由地质人员决定。将 G P 5基准站架 设于高点上 ， 然后将移动站架设于两个已知控制点上 校正 ， 校正之后根据钻孑 L 的设计坐标布设于实地。如 钻孔实际位置受地形及道路交通条件影响， 可根据现 场条件适当移动一段位置， 然后测取钻孔布设坐标， 汇 报地质人员 ， 将钻孔坐标绘于地形地质图上 ， 如满足要 求， 则最终确定孔位 ， 并设置木桩标志。如不满足要 求， 则根据现场情况和地质情况讨论， 最终确定。 2 ． 3 ． 2钻孔 定 测 在钻机的施工过程之中， 需要对钻孔坐标进行初 测。因钻塔遮挡 G P S 卫星信号 ， 使用 R T K进行控制点 校正以后， 对钻塔的四边角进行测量并记录坐标 ， 将四 个坐标求取平均值即可得到钻孔孔位的初测坐标。 在钻孔施工完毕封孑 L 以后 ， 需要对钻孔进行复测。 将基准站架设到钻孔附近空旷处 ， 将移动站架设于钻 孔附近 2个以上已知控制点上进行校正 ， 校正之后将 移动站架设于封孑 L 标石 中心测量并记录坐标 ， 此坐标 即为钻孔的最终复测坐标。 定测工作很重要。如果把钻孔的位置定错 ， 那就 要直接影响到地质资料的准确性。如果把穿过透水 层、 封孔质量又不好的钻孑 L 位置定错 ， 在将来的巷道掘 进中遇到这种钻孔时， 就可能导致严重的透水事故， 所 以应该对定测工作特别重视。 3 结束 语 测量工作是地质勘探工程 中的重要组成部分， 关 乎着地质勘探工程的质量。通过在菏泽市皇镇集勘探 区地质勘探工程测量中的应用， R T K测量技术体现了 除具有 G P S测量的优点外， 同时具有观测时间短， 能 实现坐标实时解算的优点。通过 R T K测量技术的应 用， 极大的缩短了菏泽市皇镇集勘探区地质勘探工程 测量的时间， 提高了生产效率， 为优质高效的完成菏泽 市皇镇集勘探区地质勘探工程提供了保障。 参考文献 [ 1 ] 山东省煤田地质局第二勘探队． 山东省菏泽市牡丹区皇镇集勘 查区煤炭勘探报告[ R ] ． 山东． 嘉祥 山东省煤 田地质局第二勘探 队． ． 2 0 0 9 [ 2 ] 高井祥． 测量学[ R ] ． 中国徐州 中国矿业大学出版社． 2 0 0 4 [ 3 ] 洪大永． G P S 全球定位系统技术及应用． [ R ] ． 中国厦门 厦门大 学 出版社． 1 9 9 8 ． 上接第 1页 数据处理后得到了两张超前探测电阻率色谱平面 图 图4 、 图 5 ， 图4平面图宽度约4 0 m， 图 5平面图宽 度约5 0 m， 巷道位置标在图上， 白实线为已掘巷道， 白虚 线为未掘巷道， 平面图等值线为地层电阻率的对数值。 ■瞄鼬鞭隧豢裂秘■● ； 图4 实例 1 巷道超前探测电阻率色谱平面图 1 ∞ 一 ∞ - 1 日 l ∞ 日 - ∞ - 1 2 0 O ∞ 书目 ． n 0 0∞ 日 ∞7 0 ∞钟 ∞ ”D ∞∞ 图5 实例 2巷道超前探测电阻率色谱平面 实例 1 该巷道超前探测最大长度 1 4 0 m， 本次探测 的电阻率色谱平面图阻值较小 ， 且在巷道揭露位置为 泥岩， 电阻率较低 ， 说明在探测范围内地层以泥岩、 粉 砂岩为主， 巷道向前掘进不会出现大的出水， 但在迎头 前方 3 0 m范围内电阻率值相对增大， 说明在该范围内 地层砂质含量增加， 顶板具有发生淋水的可能。 实例 2 迎头前方 8 5 m范围内地层 电阻率基本为 高阻显示， 电阻率对数值大于 1 ， 说明 8 5 m范围内地层 富水 性 不 强 ， 巷 道 能 够 向前 掘 进 ； 在 迎 头 前 方 8 5 1 0 5 m范围地层电阻率有所下降， 电阻率对数值 0 ． 4～ 1 ， 说明该范围内地层裂隙相对发育， 富水性有所增强； 在迎头前方 1 0 51 3 0 m范围地层电阻率最低 ， 电阻率 对数值小于 0 ． 4 ， 说 明该位置范 围断裂、 裂隙 比较发 育， 地层富水性强。 4结语 高密度电法超前探测在探查破碎带、 隐伏陷落柱 及含水性方面是行之有效的， 它不仅可以探测不均匀 地质体的存在， 还能快速判定地质体的含水性。 参考文献 [ 1 ] 刘天放， 李志聃． 矿井地球物理勘探 [ M] ． 北京 煤炭工业出版 社 ， 1 9 9 3 ． [ 2 ] 长春地质学院． 水丈地质工租地质物探教程[ M] ． 北京 地质出 版社 ， 1 9 8 0 ． [ 3 ] 李金铭． 地电场与电法勘探[ M ] ． j E 京 地质出 版社， 2 O O 5 1 3 6 - 2 1 2 [ 4 ] 刘树才． 煤矿水文物探技术与应用[ M] ． 徐州． 中国矿业大学出 版社 ． 2 o o 5 ． [ 5 ] L o k e ， M ． H ． 2 一 D a n d 3 一 D e l e c t r i c a l i m a n s s u r v e y s ． 2 6 t h J u l y 2 12 0 4 [ 6 ] L o k e ， M ． H ． a n d B a r k e r ， R ． D ． ， 1 9 9 5 ． L e a s t s q u a r e s d e e o n v o l u t i o n o f a p p a r e n t r e s i s t i v i t y p s e u d o s e c t i o n s ． Ge o p h y s i c s，6 0， 1 6 8 2 1 6 9 0 ．