井下电法超前探测方法及其应用.pdf

6 0 煤 田地质 与勘探 C AL GE L GY ＆ E XPI RATI ON Vol 2 9 N0． -3 O c t 2 0 01 文章编号 j 1 0 9 1 1 9 8 6 2 0 0 1 0 5 0 0 6 0 一 邮 井 下 电 法 超 前 探 测 方 法 及 其 应 用 刘青 雯 煤炭科 学研 究总院西安分院 ， 陕西 西安 7 1 0 0 5 4 摘要 通过阐述井下电法超前探测原理及 井下奎 空间影响 因素， 从提 高探 测准确度着手 ， 提 出了三 点一 三极 超 前探测 方 法、 施工技 术 、 解释 方 法 其特 点是 能避免 掘 进 头后 方巷 道及 层状 地 层 电性 变 化的影响 ， 突出巷道前方的地质异常． 大大提 高了准确度。 关键 词 巷道 ； 突 水构追 ； 三 点一 三极超 前探 测方 法 中田分类 号 P 6 3 1 ． 3 2 2 文 献标识 码 A 1 引言 据 统计 ， 突水事 故发生在掘进 阶段 占 6 5 焦 作 ， 煤与瓦斯突出发生在掘进阶段 占8 O 以上 因 此， 解决巷道掘进头超前探测准确的预报方法技术 具有 重要意 义 。 使用电法超前探测方法进行掘进巷道迎头超前 探测 突水构造 ， 具有高效 、 方便 、 廉价之 特点， 属 “ 非接触式” 探测法。 它能避免因井下钻探等“ 直接接 触式” 探测法揭露富水地段而大量突水的可能性 ， 为 超前探测含水断裂、 判断破碎带的存在及是否富水 提供了较为可靠 的依据 ， 但解释准确度较差． 为此国 内有关科研院所进行了大量相关研究 本文从提高 准确度着手 ， 提出了三点一三极超前探测方法技术 。 通过多次生产应用证明， 效果可靠。 2 超前 探 测方 法原理 三点 一三 极 超前探 测方 法是 由三 个三 极探测装 置 单极一偶极装置 组成 2 ． 1 井下 三极探 测 装置基本 原 理 布极方式与三极测深探测装置相似 图 1 一 般 ． 煤矿井下巷道顶、 底板和煤层是由电性不 收稿 日期 2 0 0 1 0 6 1 1 作者简 介； 刘 青姜 【 1 9 6 7 一 ． 女 ， 陕西汉 中人 ， 工程师 ， 从事地球 物理勘探 工作 的向斜， 显然系断裂形成时． 上盘下降重力牵引所致 5 ． 2 断裂构造的控 制 由于所获地震时间剖面品质较高， 因此 ， 本次勘 探较好地控制了区内断层的发育情况 山东鲁西隆 起 区喜山期构造运动相对简单 ， 故 区内断裂构造主 要为一组 NE走向的正断裂 ， 落差 5 0 m 以上。由于 第三系砂泥岩、 泥灰岩及石膏矿层塑性强 ， 断层面倾 角 6 5 。 以下 ， 断层带 较宽 ， 结构较复杂 ， 一般有 多个 分支． 落差随走向迅速减小或趋于尖灭。 区内主要断 层的形成与汶口石膏沉积盆地南边界断层相关性较 强， 各断层走 向均与之近似平行 ， 而倾 向相反。 5 ． 3 奥灰 岩顶界 面的 控 制 奥灰岩顶界面形成 的反射波为控制奥灰岩的赋 存形态提供了可能 ， 并可以解释该界面上断裂发育 情况 ， 一般落差较大的断层 5 0 m 同时影响到奥灰 岩和膏层 ， 并且有 的断层在奥灰顶界面上的落差 比 石膏层的落差太 ， 显示了断层活动的多期性 或继承 性。落差较小的断层则仅 出现在石膏层或奥灰岩顶 界面上 ， 显示 出形成时间的区别 ， 又与岩性差异相 关 。 奥灰岩顶界面赋存形态和断层特征 的解释结果， 为研究矿区的水文地质特性创造了条件。 6结 论 a ． 查明了测 区石膏矿层的赋存形态以及主要 石膏层上发育的断裂构造和褶曲形态 ； b ． 控制了奥灰岩顶界面赋存状态和界面上主 要断裂构造发育情况 ； c ． 地震勘探用于石膏矿床的开发 ， 具有较好 的地质效果和经济价值。 参考文献 1 张无桢 山东省非金橱矿地质 M] 济 南； 山东科 学技术 出版 社 ， 1 9 9 8 [ 2 ] 何樵登地震勘探原理和方法[ M] ．北京 地质 出版牡 ． J 9 8 6 The a p pl i c a t i o n o f s e i s m i c pr o s pe c t i ng t e c hn o l o g y d u r i n g t h e de v e l o p m e nt o f g y ps um m i ne YU Wa n g c a i ， XU Ch o n g ． b a o Ge o p h y s i c a l S u r v e y Te a m ， S h a n g d o n g Co a l Fi e l d Ex p l o r a t i o n Ad mi n i s t r a t i o n， Ta i a n 2 7 1 0 2 1 ， C h i n a Ab s t r a c t Gy p s u m i s a n i mp o r t a n t mi n e r a l - W i t h t h e s e i s mi c p r o s pe c t i n g t e c h n o l o g y a p p [ y i n g s y s t e ma t i c a l [ y f o r t h e d e ㈣ I p me n t 。 f g y p s u m mi n e， t he e x i s t i n g s t a t e o f g y p s u m l a y e r a n d g e o l o g i c a l s t r u c t u r e e a t u r e h a v e b e e n c o n t r o l l e d， a n d a l s o t h e f a ㈣ r a h [ g e o l o g i c a l e f f e c t a n d c o n s i d e r a b l e e c o n o mi c b e n e f i t h a v e b e e n o b t a i n e d Ke y wo r d s g y p s u m mi n e t s e i s mi c p r o s p e c t i n g a q u i l e r l r u p t u r e s t r u c t u r e 维普资讯 第 5鞋 刘青 雯 井下 电法超 前探 测方 法及 其应 用 6 l 竺 二] 底板 图 1 井下三极测量装 置示意 li ft 迎头 履柱 图 2 三点一三极 超前探测 方法布 置示 意图 同的层状介质组成． 对于二层和三层水平层状介质 组成的简单地 电模型， 点 电源在全空 间中的电位表 达式可用镜像法求解 ， 对于 n 层地 电模型 ， 通常采用 全空 间拉普拉斯方程 的方法 ， 建立多层水平层状介 质的电位表达式 设第 i 分层为煤层 ． 电阻率 ． 顶、 底板 由不 同电 阻率水平介质组成 ， 而 P l 和 P 层厚度为无限大 ， 点 源 A 置于P 层 中． 选取点 A为坐标原点 ， 各电性层 电位函数表达式可写成 不考虑巷道影响 U ．． 】 l [ e n u e e L d i ． 式中 ⋯ b_ 为与地层参数有关 的待定系数， 可 由 边界条件求取； 供电极 A在 介质中． i 1 ， 2 ． 3 ． ⋯， ； J 观测点 P在 介质 中， 1 ． 2 ． 3 ． ⋯． 。 视电阻率公式； 一 K 学。 把第 i 层 电位值代上述视 电阻率计算公式 ， 就可得到该层在第 观测点某一探测深度上的视 电 阻率 变化 。 根据勘探地质任务要求确定最大极距 的长度 ， 同时也要考虑井下施工方便和可能 。三极探测装置 以测量电极 MN 的中点为记录点 。测量时移动 MN 极 ． MN的选择要考虑信噪比及探测精度 的影响 ， 其 移动间隔应尽可能小 无穷远极 B的距离 B 0 大 于 5倍 AO M x 。 2 ． 2 三 点一三极 探测 方 法 超前 探测 一般在巷道掘进头 以一 定间 隔布置 Al 、 A2 、 A3三个供 电电极 三点 ， 另一供 电电极 B 在无穷远处． 测量 电极 MN在巷道 内按箭 头所示方 向以一定间隔移动， 每移动一次电极 MN， 分别测量 由 A卜一 B、 A2 一B、 A3 一B供 电所对 应 的视 电阻率 P 、 P 。 、 P 值。 图 2 即一次探测三组视电阻率值 ， 目 的是利用同一组 MN测量的三组视电阻率值进行校 正， 消除干扰 ， 提高解释准确度 。 测量电极 MN的间距根据地质任务和勘探的详 细程度 而定， 同时也要考虑信噪 比的大小。 注 由于 D Z 一 Ⅱ型防爆数字直流 电法仪的最大供 电电流为 1 3 0 mA． 限定了超前探测距离。根据近几年的实际 应用 ， 最大超前探测深度一般不超过 1 0 0 m 2 ． 3 解 释方法 技术 2 ． 3 ． 1 视 电阻率 的影响 目素 实际上 ． 井下三极装置探测的是勘探体积范 围 内包括巷道影响在 内的全空间范 围的岩石 、 构造等 各种地质信息。我们 的勘探 目的是探测巷道独头前 方的地质信息。根据视电阻率微分公式 ‘ 可知， 在均匀地层中． 视电阻率 P s 是以测量电极所在地 段的真电阻率p 为基础， 且有 p s c o p ； 另一方面 与 测量电极所在地段 MN问的电流密度 成正比。 这说 明实测视电阻率在地层均匀及无地质构造 影响时 ， 其曲线波动主要受 MN电极所在 地段 的地 层真 电阻率的影响， 换一句话说， 此对的视电阻率曲 线波动完全是迎头后方 MN电极附近 巷道的影响。 在实际工作中． 除 MN 电极附近 的影响外 ， J 包括 了层状空间地层的影响， 掘进头前方 的影响， 巷 道上下左右等各方面地质因素的影响。 2 ． 3 ． 2解释 方法 资料 解释 ． 以前主要是利用原始曲线 比较 法确 定异常点 ， 利用几何作 图法确定地质异常的具体位 置。 因为存在上述各方 面的影响因素 ， 上述解释方法 有时根本不能发现异常， 甚至解释出错误的结果 。 通过～系列正反演计算及实 际探测试验， 我们 提 出 了以下 解释方 法 丑 ． 首先对测区内巳知地质异常体作前提性试 验 ． 初步了解该 区地质异常体 的电性特征及异常性 质 。因为不同地质 区域的地电条件差异较大 ； b ． 模拟计算该区正常场的理论曲线 ； c ． 消除迎头后方巷道 的影响． 对理论、 实测视 电阻率曲线进行校正； d ． 消除地层层状空间的影响} e ． 将实测 的三条异常曲线 ， 与理论曲线 比较 ， 找 出相对异 常位 置 ； f ． 确定该 区异常临界值， 找出真异常 ， 根据异 常特征确定异常点位置以及异常体性质。 3应 用实例 3 ． 1 掘进头 前 方无 异常情 况 焦作矿业集 团公司九里山矿某一掘进大巷超前 维普资讯 维普资讯