《矿井物探》PPT课件.ppt

2.3 巷道层测深法,2.3.1 层测深基本原理,层测深的装置（右图）实质是一种赤道偶极装置。供电偶极和测量偶极置于同一巷道中（如果俩偶极分置于不同相邻巷道，称层透视），电极分别安置在煤层顶、底板的分界面处，并指向工作面。施工时，AB偶极固定在巷道测点位置上，测量偶极MN按一定变化间隔由近及远移动观测随偶极距（AB中心至MN中心）逐渐增大，层测深顺层探测深度也逐渐增大，通过不断改变偶极距的大小，来研究工作面煤层的电阻或电阻率的变化，从而达到确定断层构造等构造扰动存在和空间位置的目的。,2.3 巷道层测深法,2.3.1 层测深基本原理,层测深装置在煤层中形成偶极子场，其电流分布如图所示。当 时，即煤层为低阻时，电流向将集中分布在供电偶极子所在煤层的柱体内。距AB不远处电流已衰减到很小。显然在低阻煤层中国，不利于大偶极距的层测深探测。,对于高阻煤层，即 情况，由于高阻煤层对电流的排斥作用和低阻顶、底围岩的吸引作用而导致电流从低阻围岩向远处流动，并在远处通过煤层形成电流回路，从而使电流顺层穿透深度增大，且随煤层和顶、底板电阻率差异越大，电流扩散越远。显然，层测深更适用于高阻煤层的探测工作。,2.3 巷道层测深法,2.3.1 层测深基本原理,层测深勘探体积示意图,层测深是一种体积勘探，其勘探体积是一个张角30的扇形柱体，如下图。随r增大，勘探范围（或深度）也随之加大。,2.3 巷道层测深法,2.3.2 层测深井下施工方法技术,电极安置条件是层测深获得高质量观测数据的关键。特别是井下金属支架绝缘程度较差时，常使AB供电电极旁路而导致层测深观测失败。正常情况下，要求电极安置在煤层与顶、底板交界处，给井下施工带来麻烦，又因接地电阻过大，而影响观测。为改善接地条件，通常可在交界处用煤电钻首先打好深度为4080cm的电极孔，然后用含盐黄泥填充，再插入电极，以保证接地良好。 偶极距r的大小，视采区宽度而定。宽150m左右的采区，最大偶极距rmax在150240m为宜，最小偶极距rmin的选择要考虑巷道空间对场的影响，为避免巷道对小极距影响所引起的虚假异常，对一般常见巷道（截面积为6m2左右），初始极距应大于10m,常选用1520m较为适合。 偶极系列的选择原则与电测深法类似，在井下研究小构造扰动，一般采取=1/81/10采样间隔系列为宜，在关键极距处可适当加密。,2.3 巷道层测深法,2.3.2 层测深井下施工方法技术,为了便于研究煤层平面范围内构造变动情况，可绘制视电阻和视电阻率平面图，其绘制方法如下图所示。即把不同极距的 值标在偶极距中垂线上距观测巷道距离为r的点处，然后构制等值线，即可获得一张反应构造变动的 等直线平面图。如果以实测的 值和理论计算的 值间的偏差为参数，依照上述方法可构制出视电阻或视电阻率偏差图，由偏差值大小，可推断构造扰动沿煤层的分布状态。,层测深视电阻率偏差平面图,2.4 矿井直流电透视法,2.4.1 基本原理,矿井直流电透视法的原理与矿井无线电波透视法（坑透法）类似，它把供电电极A（有时用偶极AB）和测量电极MN分别布置在采煤工作面两相邻巷道中，采用直流供电，通过测量MN间的电位差UMN ，研究两巷道间工作面内及围岩中的电场分布规律，用于探测工作面内部及其顶底板岩层内的含水、导水构造异常。,（a）轴向单极偶极法 （b） 赤道单极偶极法 （c） 轴向偶极偶极法1 （d）赤道偶极偶极法1 （e） 轴向偶极偶极法2 （f） 赤道偶极偶极法2,2.4 矿井直流电透视法,2.4.1 基本原理,1 ：轴向单极偶极法 2 ：赤道单极偶极法 3 ：轴向偶极偶极法1 4 ：赤道偶极偶极法1 5 ：轴向偶极偶极法2 6 ：赤道偶极偶极法2 各种方法电位差响应大小比较,2.4 矿井直流电透视法,2.4.2 井下施工方法技术,直流电透视法工作方法与矿井无线电透视相同，测量工作在采煤工作面的两顺槽间进行，一般每10米一个测量点（MN），每50m一个供电点(A)。如果采场较短，如小于80米，应加密到每5米一个测量点，2030米一个供电点。 具体测量方法是，对每个供电点供电时，对应在另一顺槽的扇形对称区域内布置1520个观测点进行测量 。当本巷道内所有供电点测量完毕后，测量与供电在两巷道对调，重复观测所有供电点，以确保采面内各单元有两次以上的覆盖。,2.4 矿井直流电透视法,2.4.3 资料解释方法,1）曲线对比法 曲线对比法4是直流电透视资料解释中最常用的基本方法，首先利用电测资料确定煤层及围岩电性参数（电阻率）；其次，正演模拟计算理论地质模型的理论电透视曲线（电位曲线或视电阻率曲线），也可利用同一巷道不同测点的实测电透视曲线，通过相关分析法确定地电模型的理论电透视曲线；最后，将实测曲线和理论曲线对比，根据二者的吻合程度及实测曲线上的异常畸变点，可定性圈定煤层及其顶底板内是否存在断层、含水、导水构造等。依据畸变点的性质和位置，结合已知地质资料，可综合分析判断顶底板断层或岩溶裂隙发育带的含水性及其位置。 2）地电CT成像法 该方法可将异常体的位置、性质、影响范围比较直观的表现在工作面平面图上。地电成像法与地震射线层析成像在原理上有很大的差别：该方法不象地震射线层析成像法那样有走时和速度沿射线路径积分的简单关系。在稳定电流场中，电位满足泊松方程，电流线总是趋向于从电阻率低的地方通过，电流强度沿电流线的积分（电位）与路径无关。因此，电阻率成像要通过数学物理方程反演来达到地电成像的目的。,2.4 矿井直流电透视法,2.4.4 音频电透视技术,由于直流电透视应用稳定电流场，其观测仪器一般采用方波供电，宽频带接受，抗干扰能力相对较弱。煤科院西安分院有关科技人员开发了音频电透视仪器，它通过单一低频率交流供电、接受仪器等频测量等手段消除干扰，提高了抗干扰能力和观测精度，可小电流供电，有利于仪器设备的防爆。 由于音频电透视采用低频交流供电，一般为15Hz100Hz，在此频率下电场的性质与直流电场基本相同，所以其工作原理和资料处理解释方法是一样的。 但由于工作面宽度的限制，直流电透视的勘探深度往往不能控制，为此，可提高供电电流频率，利用交变电磁场的趋肤效应，来控制勘探深度。现在已经开发了多频点音频电透视技术及仪器设备。 大量应用实例表明，矿井音频电法透视对于采煤工作面顶底板内部的导水构造及含水层的富水性探测，取得了良好的地质效果，为采煤工作面注浆改造及防治水工作提供了依据。在受水害威胁的大水矿区，常用于检查底板注浆改造的效果。, 由于高阻煤层屏蔽影响，能反映底板以下地质情况； 能反映工作面中间底板下岩层的含水情况； 工作效率低、劳动强度大； 勘探深度不易确定； 矿井音频电透视的理论研究。,特点：,2.5 矿井直流电法超前探技术,2.5.1 基本原理,矿井直流超前探采用三极装置，如下图所示，在全空间介质中利用单点电源A供电（另一供电极B置于相对无穷远处），用M、N电极测量。超前探与电测深工作方式不同，它是将A极固定在巷道迎头，向后逐点移动MN电极，测量电位差 ，并以测量电极MN的中点为记录点，按下式计算视电阻率后，就可绘制出沿巷道的视电阻率剖面曲线。,2.5 矿井直流电法超前探技术,2.5.1 基本原理,如图2-5-2所示，当巷道迎头前方存在低阻体时，因其吸引电流而引起整个电流场的畸变，使得MN附近电流密度降低，故视电阻率减小。通过分析实测视电阻率剖面曲线的变化规律，就可分析巷道附近有无含水地质异常体。,图2-5-2 高阻岩层对电流场的排斥作用,2.5 矿井直流电法超前探技术,2.5.2 施工方法技术,由于全空间视电阻率影响因素较多，只用一个供电点的剖面曲线很难判定异常体的空间位置，所以实际工作中常常如图2-5-3所示布置A1、A2、A3三个供电电极(三点三极超前探测)，另一供电电极B设在在无穷远处，测量电极MN在巷道内按箭头所示方向以一定间隔移动。 通过三组视电阻率曲线对比，可以校正、消除表层电性不均匀体的干扰，判断异常体的空间位置。,图2-5-3三点三极超前探装置示意图,2.5 矿井直流电法超前探技术,2.5.3 资料解释,资料解释的方法和步骤如下： （1）首先进行测区岩石电性参数测试，了解测区正常岩石电性特征和已知的异常地质体的电性特征； （2）给定相应的地电模型及其参数，分别计算正常场和异常场理论曲线； （3）实测曲线与理论曲线比较，确定异常点位置及异常类型；,2.5 矿井直流电法超前探技术,2.5.3 资料解释,上图为三点三极超前探测视电阻率曲线图，纵轴为实测视电阻率值，横轴为超前探测距离。第一次超前探测时，供电点A1位于76m处，第二次探测时，供电点A1位于120m处。（由于巷道掘进与供电点位置变化，两次测量的背景场不一，故同一距离处视电阻率值存在差异，但不影响对探测结果的解释。）由底板电测深可知，该陷落柱呈高阻异常，边缘呈相对低阻。（1）中3条视电阻率曲线一直呈升高趋势，表明掘进头前方不存在低阻异常，同时也说明第一次向前有效探测范围仍位于陷落柱内。（2）中视电阻率曲线呈“高低高”趋势，从135m处视电阻率值开始降低，为陷落柱边缘的反映。巷道向前掘进揭露陷落柱边界位于140m处，实际验证与探测结果基本一致。,2.5 矿井直流电法超前探技术,2.5.3 资料解释,（4）利用几何作图法确定异常体的具体位置。图2-5-4为几何作图法原理示意图，方法是分别以实际供电点A1、A2、A3为圆心，以该供电所测异常极小点坐标为半径画圆，若三圆弧相切点在正前方，则切点即为异常体界面位置；若三圆不相切，并且曲线异常形态类似，则异常体界面与巷道平