煤矿井下定点源梯度法超前探测试验研究.pdf

T ＼ ，定 互 铹 ， 一 第 2 O卷 第 4期 煤 田地质 与勘探 1 9 9 2年 8月 一 6 了 ’ 煤 矿井下定点源梯度法超前探测试验研 究 李学 军 河北煤 炭研 究所邢 台 0 5 4 0 0 0 - ●● -_一 i 6 毛 ■曼超 前探 测预 测地 质 构 造是 煤矿 井 下 突 出的地 质 I可题之 一 。根 据理 论分 析 提 出定 点 源 撵 度法l 模拟试验证 明该方法用于煤矿井下超前探测具有较好的地球物理基础， 视电阻率参数可以用 来 区分 台 水与 非台 水 构造 l 实际 应 用结果 表 明 该 法具 有 布极 简便 、 结果 直 观等 特 点 。 其分 辨 力 及抗 干 扰 能力均 优于 其 它装置 形式 。 探 测效 果 明显 。 关 蕾调定 点 源撵 度法 } 视 电阻率 l 超前 探测 l 地 质构 造 中蛋田书资料分类法分类号P 6 3 1 ． 3 2 近 几年 ， 我 国煤 矿物探 技术试 验研 究 日 益活跃 ， 特别是在华北型煤 田矿井 防治水 中， 一 些物探方法 已经取得 明显的地质、 经济效 果 。 直流 电法在探测 隔水 层厚度 、 奥灰水导 升 高度 以及 隐伏 构造方 面效果 更 加显 著 ， 为煤 矿防治水害提供了重要的水文地质信息； 在 掘进超前探测地质构造上有一定前景 。笔 者 通过理论推导、 模拟试验 以及现场应用， 提出 定点源梯度法 。该方法适 用于煤矿 井下特殊 工作环境． 井且有较好的抗干扰能力 ， 有一定 的实用推广价值和指导意义。 1 点源梯度法的基本理论及装置 在煤矿 井下进行 矿 井直流 电法探测 时 ， 电流通 过所布设的供 电电极流入巷道周 围岩 体 ， 并在全 空间建 立起 稳定电流场 ， 该 电流 的 分布特征决定了周圈不同电阻率的层或矿体 的赋存状态 。 因此 ， 研究不 同地 电断面 中全 空 间稳定电流场的分布变化规律 ， 是进行现场 电法工作 的理论基础 。 1 ． 1 全空间稳定电流场的基本规律 假如不考虑巷道空间的影响， 设点 电源 DENS Ⅱ Y CALCULAT1 0N AND CALm RAT1 0N OF COM[ PENSATED DENS I TY T00L Li Ch o n gr u Ch e rt Gu o we i 1 s t Co a l Ge o l o g y Ex p l o r a t i o n B u r e a u Ab s t r a c t t h e a r t i c l e p o int o u t s o me f e w s h o r t c o mi n g o f c a l i b r a t i o n a n d c o mp e n s a t i o n a l g o - r i t h m b a s e 0 n a n a l y s i s c a l i b r a t i o n i n f o r ma t i o n o f XAM ／ X AP c o mp e n s a t e d d e n s i t y t o o l a n d com pe n sat i o n a l g o r i t h m Th e XAM／ XAP wa s c a h b r a t ed a g a i n a n d t h e n t h e n e w r i d g e r i b g r a p h wa s ma d e ．Two n e w a p p r o a c h e s f o r d e n s i t y co mpe nsat i o n i n c l u d i n g t h e r i b l ine e q u a t i o n c o e ffi c i e m a n d t he h igh o r d e r p o l y n o mi a l s we r e wo r k ed b y u s e o f t he i n f o r ma t i o n o f n e w r i d g e - ri b g r a p h ． S o t h a t t he a c c u r a c y o f d e n s i t y l o g c a n inl p r o v e t o 0 ． 0 3 g ／ c m。 ． Ke y wo r d s d e n s i t y c o mpe n sat i o n}c a l i b r a t i o n；r i d ge ri b g r a p h 维普资讯 6 0 煤 田地质与勘授 第 2 0卷 处于均 匀各向同性 无限介质中 当某一个点 电流 源 A 供一 电流强度 ，的 电流 ， 其 在全空 间任 一点 M 处产生 的电位 、 电流 密度及 电场 强度分别 为 u 一 1 一丽 ‘ l J 血一 去 ‘ 2 一 3 式中P为介质电阻率 ， R一百 丽， 如图 1 所 示 。 圈 l 点 电豫 场 垒 空嗣 分布示 意 圈 由此可见， 均匀各向同性无限介质中的 等位面是以点源 A为球 C - 的同心球壳， 电流 线是 以 A 为 中心的辐射直线 。 在煤矿 井下 ， 电流 场也有 一个 由不稳定 到稳定的过程 。 即电流向岩体 内发 送瞬间 ， 电 场是不稳定的， 经建场时间后才稳定 。 在通电 过 程 中， 任何 具有 电性 差 异的分界 面 上均 有 积 累 电荷分布 ， 当这 种积累 电荷趋 于 稳定值 时， 电场才开始稳定。如图 2所示， 当供电电 极 A位于 介质 中， 其 电流密度有两种情 况 1 时 ， 将 导致 电流密 度 在 电性分 界 面 附近 一 侧 减 小 ， 故出现图 2 b的情况 。 为此 ， 根 据煤 矿井下 电法工作 的任务 ， 提 出定点源梯 度法 ， 以达 到测深 或 测距 的 目 的。 1 ． 2 定 点源 梯度 法的装置 定点源梯度法 的装置形式 如图 3所示 。 a 图 2 A b 】 地 下点 电谭 电场分 布示 意 圈 Ⅱ P l c a A 圈 3 定 点源梯 度 装置 a 垒空间情况下 F b 半空问情况下 因为煤矿井下只能将电法限制在巷道之中进 行 ， 这 样一 来 ， 本 方法便可 方便 地开 展工作 ， 因为 点电源 电流场 在井下是呈辐射状建立 的 图 3 a ， 因而在各方 向测量都可 以达到 目 的 2 试验研究及散果 2 ． 1 模拟试验 在 图 4条件 下 任 意 一 点 的视 电阻 率 表达式 可写成 P [ 1 2 ∑丘y ] 0 其 中五 n p 2 一 1 一 1 ’ 4 一_L2 R 2 “ 1 P． 一 。 c o s 0 7 ，P c 。 s 。 系对 c 。 s 。的勒让 德多 项式 。 变换埋深 h 、 半径 R 以及 电性参数 、 测深 维普资讯 第4期 李学军 煤矿井下定点源拼度法超前探测试验研究 6 1 ＼ p1 图 4 点 电源 梯度 法 的解析 点相对于 球体 p 2 的位 置时 ， 经 正演计算 可得 到如下结论 a ． P ． 曲线极值 点对应 的 AO O为 肘Ⅳ 中点 与球体埋深 h 有如下关系 ； 垒 A O 5 b ． 当球体 高、 低阻 半径 R大小不同 时 ， 曲线极值 点位 置不变 。由此推 断 ， 球体 埋深解 唯一 ， 不受等值原理影 响 。 c ． 本装置方法对低阻地质体探测更有 利 。 d ． 当 肘Ⅳ 大 小变 化基本 不 影响 P ． 曲 线特征 ， 因而可灵活改变 肘Ⅳ 工作。当肘Ⅳ 足够大时， 可用式 6 解释深度 h A M 6 为此 ， 笔者进行了模拟试验 ， 其结果详见 图 5所示 。其中 ， 图 5 a 、 5 b 曲线形态 、 极值 出现位置 与上述结 论基本符合 。 而图 5 c 是存 在表层局部干扰情况下的定点源深 曲线 ， 其形 态受局部干扰严重 ， 不利于解释 。因此 ， 笔者提 出引入 比值法 削弱 其影 响 ， 效 果 很好 图 5 c中虚线所示 。 2 ． 2应用研究及效果 利用定点源梯度法进行了井下超前探测 试验 底 板 测深效 果 亦如 此口 ， 取 得 了较 好 的地 质效果 。图 6为所总结 出的 4种地质情 ， ／ ／／ 囊 ／ I l＼＼ ／ 厂 V L ． _ ． 图 6 定 点源 梯度 法超 前探 测模 型 a 正常} b 古水裂酸| c 古水构造| d 非古水断层 况下的 R曲线特征 岩层 或煤层 本身电阻 率值是基本稳定的 当前方没有地质构造 包 括 含水 构造 时 ， 所得 的 曲线为一 直线 图 6 a ； 而 当前 方 存在 含水构 造时 ， 由于矿 化水 充 填 ， 致 使 电流密度增大 、 电阻 率减 小 ， 而在 B 曲线上呈现低阻特征 图 6 b 、 6 c ； 当地质 构造不含水时， 由于疏松的裂隙发育带排斥 电流 ， 使电流密度减小， 在所得 曲线上 呈 现高阻特征 图 6 d 。 图 5 定 点源梯 度模 拟实 验结 果 - a t 得 A I ； 一 碍 m；③ 一 暑 维普资讯 6 2 煤 田地质 与勘探 第 2 O卷 巷 道 电测 时 掘进 头 I t i 水 点 图 7 定点源梯度法超前探测实倒 a 弱含 水构造 预测 b 非含 水构 遗预测 根据上述特征及 前一节阐述的布极原 b ． 采用定点源梯度法可较好的在井下 则 ， 在现 场进 行 了实际应用 。图 7 a为在某 矿 开展 电法探测 ， 尤其是 超前探测地质构造 ， 可 进行的超前探测曲线， 根据曲线反映． 在测点 为煤矿防治掘进突水提供较可靠的信息。 前方 1 8 m 处有一 低缓值异常 ， 且延至 2 6 m c ． 定点源梯度法不仅装置本身抗干扰 处 ， 因此判断前方 1 8 m处有弱含水构造。经 能力较强 ， 同样可引入如“ 比值法” 等方法进 掘进验证在预测处有一小断层和裂 隙发育， 行解释 ， 以提高解释精度。 本方法具有较好实 出水量 8 m’ ／ h 。同样， 图 7 b所预测的非含水 用和推广价值。 断层亦得到 生产 验证 。 3 结论 a ． 井下 电法 工作 所涉及 电流 场是 在全 空间条件下的 ， 视电阻率 表达式与半无限 空间条件下仅差一个系数 ， 对解释影响不大。 参考文献 1 傅 良魁． 电法勘探教程． 北京 t 地质出版社， 1 9 8 3 2 李学军 研究煤层底板突承的形变电阻宰法． 煤 田 地质与勘撵 ， 1 9 9 0 6 收稿 日期1 9 9 1 ～1 1 1 2 S TUDY AND EXPERI M NT ON HEADI NG DETECT G BY F Ⅸ EDELECTRI C S OURCE GRADI ENT M ETH OD I N UNDERGROUND L i X u e j u n I n s t i t u t e o f Co a l S c i e n c e， He b e i P r o v i nc e AM C r R c He a d i n g d e t e c t i n g o f g e o l o g i c a l s t r u c t u r e s i s o n e o f t h e p r o mi n e n t p rob l e ms i n e o a i mi n e g e o l o g y ．Ac c o r d i n g t o t h e t h e o r e t i c a n a l y s i s ， t hi s p a p e r d e s c r i b e s t h a t t h i s p r o b l e m c a n b e s o l v e d b y u s i n g F i x ed El e c t r i c - S o u r c e Gr a d i e nt FES G me t h o d．Th e mod e l e x p e r i me n t h a s p rov ed t h e g eop h y s i c a l f o u n d a t i o n o f t h i s me t h o d t h a t wi l l b e u s e d i n u n d e r g r o u n d i s e x i s t i n g， ‘ 维普资讯 第 2 O卷第 4期 {} 缮 巾 中 中 ， 午 叶 ， 缘 煤 田地质与勘探 1 9 9 2年 8月 探矿工程 一 浅论单桅杆液压伸缩井架的锁定装置 盟 ≯ 中国煤 田地质 总局勘探设备研 制厂诼州0 7 2 7 5 0 摘蔓以美 国L T V公司 6 5 B车装钻机单桅藏压伸缩式井架的镀定装置为饲， 讨论了镇定装置 的功用、 设计要求、 基本构造、 工作原理和操作程序等。在此基础上 ， 研讨 了该装t主要零件的受力 分析和虽度计算方法 。还分析 了加工制造精度、 井架上、 下段间的配台 间晾以及两者的搭接长度抽 锁定精度的影响．最后， 对美国 L TV公司 6 5 B车装钻机钻塔镀定装置的机械操纵方 法提出了改为 液压擐纵的意见。 关■调桅杆式井架‘ 伸缩式井架} 镀定装置 ‘ 藏压操纵 中目田书资料分类法分类号P 6 3 4 ． 3 1 锁定装置的功用和设计要求 2 锁定装置的组成爰安装酆位 镇 定装置是 桅杆式伸 缩井架的关键部 件 ， 其主要作用是保证井架在工作状态 即上 段伸出状态 下， 能将上、 下两段可靠地锁定。 在设 计井架 的锁 定装 置时 ， 必须 满 足以 下几点要求 | ． 镁定装置打开时， 井架上段能够顺 利通过位于井架下段上端的镁定部位。 b ． 能将井架上段可靠地锁定在规定部 位 。 c ． 操作灵活、 可靠、 安全 ， 且结构简单。 d ． 具有足够的强度。 锁定装置应包括 3 个部分 锁 定及释放 机构 { 安全保 险机构 { 操纵机构 。 锁定及释放机构安装在井架下段顶部及 井架上段底部的两个侧面 { 安全保险机构安 装在 井架 下段顶 部的两个 侧面 或后侧 面 { 操 纵机构安装在井架下段的后徊面 见图 1 3 锁定装置的构造爰工作膘理 锁定装置的构造及工作原理固井架的类 型不同而异 。现仅对美国L T V公司 6 5 B车 装钻机所配备的单桅液压伸缩式井架的锁定 装置加以讨论 。其主要技术参数如下 a p p a r e n t r e s i s t i v i t y c a n b e u s e d t o d i s t i n g t u s h b e t we e n wa t e r - b e a r i n g s t r e t r u r e s a n d n o t o n e s ． Th e p r a c t i c a l a p p l i c a ti o n r e s u l t s s h o w F ES G me t h o d i s e a s y t o a r a n g e e l e t r od e s ，a nd i t s da t a i s c l e a r t o 0 ．Th e r e s o l u ti o n a n d i n t e r f e r e n c e r e i u s l n g cap a c i t y o f t h e F ES G me t h od a r e hig h e r t h a n o t h e r s ．An d t h e a p p l i c a ti o n r e s u l ta o f t h i s me t h od a l e o b v i o u s i t i s a g o o d g e o p h y s i ca l p r o s p e c t i n g me t h od u s e d in u n d e r g r o u n d a nd i t ha s h i g h e r p r a c t i ca l v a l u e ， v a s t s p r e a d i n g v i s t a ． K e y w o r d s fi x e d e le c t r i c s o u r c e g r a d i e n t m e t h od ； a p p a r e n t r e s is t ivity ,bed d i n g d e t e c t i n g { g e o l o g i c a l s t r u t u r e s 维普资讯