深部矿井电阻率法超前探测多极偏移处理与应用
坑道直流电阻率法超前探水技术应用
坑道直流电阻率法超前探水技术应用[摘要]在坑道掘进过程中，常因其前方存在岩体裂隙等含水区，给坑道掘进带来了严重的安全问题。
选择直流电阻率方法作为探讨对象，通过对坑道掘进前方存在的不同含水区类型进行数值模拟，确定了该方法的可行性。
通过现场实例应用，其结果表明了该方法对坑道掘进前方含水区探测具有一定的分辨能力，能为坑道掘进超前预测预报提供可靠的技术参数。
[关键词]坑道掘进含水区直流电阻率法数值模拟实例分析0引言在地下坑道掘进过程中，常遭遇水害威胁。
以矿井坑道为例，水害威胁大的区域主要集中在采煤和掘进工作面，物探方法在采煤工作面的探测应用具有一定的优势[1]，对含水体的判定效果较好，主要因其具备良好的测试条件，较好的满足了方法系统的布置。
与之相比，掘进工作面测试空间有限，测试系统只能布置在掘进面后方，距离前方的异常体较远，探测难度大。
因此，研究并提高超前探测技术精度对于解决掘进前方诸如导水断层、采空区和岩溶富水区等地质异常体具有一定意义。
电磁方法是当前井下超前探水的主要方法，其中直流电法应用效果良好，已在全国多个矿区推广应用[2-3]。
但从实际应用的角度考虑，该方法还在探测基础理论、现场工作方法、测试干扰及视电阻率成像等多个方面存有不足之处。
本文通过建立三维地电模型，利用有限差分方法对导水断层模型进行模拟与分析，深入认识坑道掘进前方含水体的电场响应特征，为该方法在现场探测应用提供理论依据。
1电法数值模拟以坑道掘进前方导水断层为例，建立均匀空间地电模型。
首先模拟无异常电场作为背景；其次，模拟断层导水和非导水特征，并通过与背景电场的对比，体现直流电法超前探测技术对不同物性特征介质的不同敏感度。
1.1基础理论模拟过程的进行，主要经历2个过程，分别称之为正演和反演。
其中正演过程是以人工建立的稳态电流场理论为基础的，其满足拉普拉斯方程[4]：在给定模拟区域，设立混合边界条件，通过对空间进行网格化，利用差分代替微分，并设置迭代条件，从而获得坑道条件下的电场值。
直流电阻率法在煤矿巷道超前探测中的应用
檺檺檺檺檺檺檺檺檺檺檺檺檺檺檺檺檺檺檺檺檺檺檺檺檺檺檺檺檺檺檺檺檺檺檺檺檺檺檺檺檺檺檺檺檺檺 术人员的要求及时调整浆液的配比参数， 记录员要 底板加固工程结束后， 采用直流电法或瞬变电磁 2 认真做好纪录； 注浆过程中要严格按照规定的注浆 顺序、 方式、 结束标准等进行操作， 不经批准， 不得擅 自改变注浆参数或随意停止注浆； 注浆过程中要由 专人巡视管路， 当注浆管路发生故障时要及时处理 ， 防止管路堵塞。如发现钻孔串浆、 堵塞或进浆量明 ； 显减少时要立即停止注浆 注浆过程中必须明确专 人负责观测地面注浆泵和井下孔口压力表 ， 并做好 现场纪录； 注浆孔附近必须设有电话， 以便发现异常 情况时及时汇报注浆站和主管部门 。 5 ） 注浆加固效果检验。 每个钻场设计钻孔施 工完成后， 都要布置检查孔检验注浆效果， 经检查钻 孔加固区域以上无水方可撤离钻机 。在整个工作面 种物探手段对加固效果进行检验， 确认效果是否良 好。 后期实践证明， 通过对奥陶系石灰岩注浆加固 煤层底板技术设计， 可以提高煤层底板隔水层强度， 可以杜绝和减少回采工作面突水现象和突水量 ， 防 。 止期以来， 在矿井生产工作中， 煤矿的巷道超前探测 主要是依靠钻探进行探放水， 一方面， 防探水钻探设 备笨重、 工期长、 效率低； 另一方面， 也容易导致隔水 层破坏 ， 从而直接揭露构造体 ， 造成人为的突水通
煤矿巷道前方隐伏的含水、 导水等不良地质构 造， 一直以来都是困扰矿井生产的重大隐患之一 。
The Application of DC Resistivity Method in Coal Mine Tunnel Advanced Exploration
SHI Xue － feng， HAN De － pin （ Xi＇an Research Institute of China Coal Technology ＆ Engineering Group，Xi＇an 710077 ，China； ） Abstract ： Geological advanced prediction in excavation process of coal mine tunnel and working face related to safety，quality and production schedule of coal mining project． The tunnel DC resistivity method is one of the most important geophysical advanced exploration in coalfield － hydrogeological exploration． In this paper discusses the principle，operating procedure and electrode arrangement method of direct current advanced exploration were discussed in this paper，and applied this method in the tunnel advanced exploration in one coal mine． The practical application results showed that the tunnel DC resistivity method can accurately reflect the spatial distribution feature of the low － resistance geological bodies in front of the tunnel，which provided the basis for mine water damage prevention． Key words： coal mine tunnel advanced exploration； DC resistivity method； mine hydrological survey； goaf of coal mine
电阻率测深法在辽东某铅锌矿勘探上的应用
电阻率测深法在辽东某铅锌矿勘探上的应用利用电阻率测深法进行勘探，所测数据经反演后，进而根据电阻率划分地层和构造，结果清晰显示了成矿的有利部位以及断裂构造的分布情况。
标签：电阻率测深法；铅锌矿勘探；应用1 电阻率测深法法概述电阻率测深法（resistivity sounding）简称电测深法。
它是在地面的一个测深点上（即MN极的中点），通过逐次加大供电电极，AB极距的大小，测量同一点的、不同AB极距的视电阻率ρS值，研究这个测深点下不同深度的地质断面情况。
2 地质概况工作区位于华北地台北缘东部，营口～宽甸台拱西侧虎皮峪～红石砬子巨型复背斜的西部北翼恒山里扇形背斜西延部位南北两翼。
出露的出露地层有下元古界辽河群高家峪组二段和大石桥组及第四系。
高家峪组二段：主要岩性为含墨透闪变粒岩、含墨透闪岩、绿帘透闪变粒岩、透闪变粒岩、含墨黑云透闪变粒岩、斜长角闪岩等；大石桥组：地层走向近东西，倾向不一，倾角一般为45°～75°，根据岩石组合特征，可分为三个岩性段。
大石桥组一段：主要岩性为薄层含墨条纹状大理岩，局部夹有含透闪白云石大理岩、黑云变粒岩等；大石桥组二段：主要岩性为矽线黑云片岩，局部夹有黑云斜长变粒岩、钠长浅粒岩等；大石桥组三段：岩性主要由薄层含透闪大理岩、含透闪白云石大理岩、厚层含透闪白云石大理岩、条带状透闪白云石大理岩组成；第四系：为残坡积、冲～洪积形态，主为分布于低洼山坡及沟谷中，岩性为粉质粘土、粉土、砾石及岩石碎屑。
铅锌矿赋存于大石桥组三段地层中，围岩为大理岩。
矿（化）体附近，岩石破碎，各种蚀变强烈，黄铁矿化普遍。
3 地球物理特征根据统计资料和前人在区内及邻区开展的工作成果资料，区内主要岩（矿）石介质的电性参数变化见表1。
从表1中可以看出，石墨矿（化）体、各种硫化物矿化岩石（其中包括铅锌矿（化）岩石）及各种含墨岩石等的电阻率的变化情况，石墨矿（化）体、各种含墨岩石等电阻率就相对较低，一般情况下2000Ω.m，为高阻特征；蚀变带、破碎带及岩石风化带可引起很低的电阻率异常，这些电性上的差异，是开展电法工作的物理前提。
浅述电阻率法在煤矿边界断层及含水性勘察中的应用
浅述电阻率法在煤矿边界断层及含水性勘察中的应用摘要：本文采用垂向电测深方法对新生界松散层的厚度和下伏煤系地层中的较大断层及其含水性进行了探查，电极系采用八阶及十六阶等比系列，对不同深度的纵横电性变化进行全面的研究，勘探方法正确。
采用等比系列极距利于用计算机技术对资料进行整理、解释与图件编制；电法测网设计既要有利于对重点地区的调查，又能控制主要断层的走向，数据采集采用了各种提高精度的措施，保证了原始资料的质量。
关键词：煤矿；边界断层；水性勘察；含水性；电阻率法Abstract：In this paper, the method of vertical electric sounding Cenozoic loose layer thickness and the larger faults in the underlying coal stratum and its water content probe electrodes with eight bands and 16 bands of geometric series, at different depthsaspect of electrical changes in the comprehensive study and exploration methods are correct. Geometric series from the very beneficial to use computer technology to organize the information, interpretation and map compilation; electrical method to measure the network design should be beneficial to the investigation of the key areas, but also control the direction of the main fault, data collection used a variety of improve the accuracy of measures to ensure the quality of the raw data.Key words: coal; boundary fault; water-based survey; water content; resistivity method1概况勘察区位于某省某市城郊，区内沟渠纵横，村庄棋布。
高密度电阻率CT技术在矿井巷道超前探测中的应用
高密度电阻率CT技术在矿井巷道超前探测中的应用如何快速、高效、准确的超前探测地质异常体是目前矿井地球物理勘探的研究重点，本文通过改变传统工作模式，利用二极工作装置，获得了丰富的数据。
应用电阻率CT技术，大大提高了反演解的稳定性和分辨率，重建出的图像更逼近于真实的地电结构。
实例证明，方法可行，效果可靠。
标签：电阻率CT 超前探测有限元法圆滑约束最小二乘法1方法原理高密度电阻率法基于直流电场理论，以探测目标体的电性差异为前提进行，是集测深法和剖面法于一体的一种多装置、多极距的组合方法，具有通过求取比值参数而能突出异常信息的特点[1-3]。
2施工方法二极装置是沿巷道底板布设U字型测线（如图1所示），以巷道中轴线对称分布，B和N置于无穷远。
测量过程中A不动，M逐点向后移动，得到一条滚动线；接着A、M同时向后移动一个电极距，A不动，M逐点向后移动得到另一条滚动线。
这样不断滚动测量下去，直至测量结束。
该方法与传统的三点—三极或定点单极—偶极超前探测方法相比，数据采集量丰富，通过电阻率反演成像解释准确，避免了仅使用原始视电阻率曲线人为判断解释造成的缺点。
3电阻率CT技术电阻率CT技术是将探测区周围在各个不同方向观测的电位或电位差转换成视电阻率值，用其进行反演成像计算，最终得到成像区内电阻率分布图像，研究探测区介质的电阻率分布[4-6]。
其核心技术是在观测上采用阵列电极系统（见图1），数据处理上实施二维反演。
由于利用了丰富的信息量和非线性反演，所得结果的分辨率远高于常规电法勘探。
圆滑约束最小二乘法的反演计算程序，使用了基于准牛顿最优化非线性最小二乘新算法，使得海量数据下的计算速度较常规最小二乘法快10倍以上且占用内存较少[7-9]。
圆滑约束最小二乘法基于以下方程：（J′J+uF）d=J′g （1）其中F=fxfxT+fZfZT；fx=水平平滑滤波系数矩阵；fZ=垂直平滑滤波系数矩阵；J=偏导数矩阵；J′=J的转置矩阵；u=阻尼系数；d=模型参数修改矢量；g=残差矢量。
电阻率测深法技术规程
电阻率测深法技术规程电阻率测深法技术规程中华人民共和国地质矿产行业标准Dz/T 0072一93电阻率测深法技术规程1993一05一18发布1994一01一01实施中华人民共和国地质矿产部发布中华人民共和国地质矿产行业标准DZ/T 0072一93电阻率测深法技术规程主题内容与适用范围本标准规定了电阻率测深法(以下简称电测深法)工作的基本要求和技术规则。
本标准适用于能源、金属、非金属矿产地质找矿中的电测深法工作，其中的技术规则也适应水文、工程、环境、灾害地质勘察中的电测深法工作。
引用标准DZ/T 0069 地球物理勘查图图式图例及用色标准3 总则11 电测深法是以地下岩(矿)石的电性差异为基础，人工建立地下稳定直流电场或脉动电场，通过逐次加大供电(或发送)与测量(或接收)电极极距，观测与研究同一测点下垂直方向不同深度范围岩(矿)层电阻率的变化规律.以查明矿产资源或解决与深度有关的各类地质问题的一组直流电法勘查方法。
3.2 电测深法的装置形式3.2.2 三极装释3.2-2. 1 单侧三极装胃3.2. 3 偶极装置3,2.3.1 轴向偶极装置装置符号<- AB M N->装置简图装置系数K值计算公式(5),(6):3.2.4 五极纵轴装置装置符号3. 3 电测深法的应用条件3.3.1 电测深法的应用，必须同时满足下列地球物理前提: a. 勘查对象与其围岩或其他地质体之间应存在较明显的电阻率差异;b. 勘查对象产生的电阻率异常能从干扰背景中分辨出来。
13.2 遇下列条件，一般不宜设计电测深工作或不设计提交定量解释成果的工作。
a. 接地严重困难;b. 地电断面中存在强烈的电性屏蔽层;c. 地下经常存在无法克服的强大的工业游散电流;d. 地形影响难以改正。
工作设计工作任务1 电测深法的具体任务应在任务书中明确规定，其内容包括:a. 项目名称、工作地区及范围;b 工作目的、勘查对象;c. 实物工作量及技术经济指标;d. 提交成果资料的内容及期限。
高密度电阻率法在矿山地质勘探中的应用研究
65地质勘探G eological prospecting高密度电阻率法在矿山地质勘探中的应用研究张 超（山东省物化探勘查院及山东省地质勘查工程技术研究中心，山东 济南 ２５００１３）摘 要：近几年来，我国矿山开采技术的不断发展，尤其是高密度电阻法，在实际工作中得到了广泛的应用，因此，对高密度电阻法在矿山地质勘探中的应用进行研究。
进行高密度电阻异常特征确定及数据采集，并创建浅层勘探结构，在此基础上，通过同位电阻重叠实现矿山地质勘探的应用。
最终的分析结果表明：应用高密度电阻法之后的勘探反演比值相对高，证明勘探效果更好，应用价值较高。
关键词：高密度电阻率法；矿山地质勘探；应用研究；地质灾害研究；接地装置；勘探效果中图分类号：Ｐ６９４ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２－５０６５（２０２２）０１－００６５－３Application of high density resistivity method in mine geological explorationZHANG Chao（Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ ｏｆ ｇｅｏｐｈｙｓｉｃａｌ ａｎｄ ｇｅｏｃｈｅｍｉｃａｌ ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｓｈａｎｄｏｎｇ Ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ Ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ Ｒｅｓｅａｒｃｈ Ｃｅｎｔｅｒ，Ｊｉ’ｎａｎ ２５００１３，Ｃｈｉｎａ）Abstract: Ｉｎ ｒｅｃｅｎｔ ｙｅａｒｓ， ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｃｏｎｔｉｎｕｏｕｓ ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ ｏｆ ｍｉｎｉｎｇ ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ ｉｎ Ｃｈｉｎａ， ｅｓｐｅｃｉａｌｌｙ ｔｈｅ ｈｉｇｈ－ｄｅｎｓｉｔｙ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｍｅｔｈｏｄ， ｈａｓ ｂｅｅｎ ｗｉｄｅｌｙ ｕｓｅｄ ｉｎ ｐｒａｃｔｉｃａｌ ｗｏｒｋ． Ｔｈｅｒｅｆｏｒｅ， ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｈｉｇｈ－ｄｅｎｓｉｔｙ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ ｍｅｔｈｏｄ ｉｎ ｍｉｎｅ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ ｉｓ ｓｔｕｄｉｅｄ． Ｔｈｅ ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ ｏｆ ｈｉｇｈ－ｄｅｎｓｉｔｙ ｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙ ａｎｏｍａｌｙ ａｒｅ ｄｅｔｅｒｍｉｎｅｄ ａｎｄ ｄａｔａ ａｃｑｕｉｓｉｔｉｏｎ ａｒｅ ｃａｒｒｉｅｄ ｏｕｔ， ａｎｄ ｔｈｅ ｓｈａｌｌｏｗ ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｉｓ ｃｒｅａｔｅｄ． Ｏｎ ｔｈｉｓ ｂａｓｉｓ， ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｍｉｎｅ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ ｉｓ ｒｅａｌｉｚｅｄ ｔｈｒｏｕｇｈ ｔｈｅ ｏｖｅｒｌａｐ ｏｆ ｃｏｌｌｏｃａｔｅｄ ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ． Ｔｈｅ ｆｉｎａｌ ａｎａｌｙｓｉｓ ｒｅｓｕｌｔｓ ｓｈｏｗ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ ｉｎｖｅｒｓｉｏｎ ｒａｔｉｏ ａｆｔｅｒ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｏｆ ｈｉｇｈ－ｄｅｎｓｉｔｙ ｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙ ｍｅｔｈｏｄ ｉｓ ｒｅｌａｔｉｖｅｌｙ ｈｉｇｈ， ｗｈｉｃｈ ｐｒｏｖｅｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔ ｉｓ ｂｅｔｔｅｒ ａｎｄ ｔｈｅ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｖａｌｕｅ ｉｓ ｈｉｇｈｅｒ．Keywords: ｈｉｇｈ ｄｅｎｓｉｔｙ ｒｅｓｉｓｔｉｖｉｔｙ ｍｅｔｈｏｄ； Ｍｉｎｅ ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ； Ａｐｐｌｉｅｄ ｒｅｓｅａｒｃｈ； Ｇｅｏｌｏｇｉｃａｌ ｈａｚａｒｄ ｒｅｓｅａｒｃｈ； Ｇｒｏｕｎｄｉｎｇ ｄｅｖｉｃｅ； Ｅｘｐｌｏｒａｔｉｏｎ ｅｆｆｅｃｔ收稿日期：２０２１－１２作者简介：张超，男，生于１９８２年，汉族，山东济南人，本科，工程师，研究方向：地球物理勘查。
瞬变电磁法和电阻率法在矿井超前探测中的应用
2018年第43卷第4期 能源技术与管理Yol. 43 No.4 Energy Technology and Management 161 doi:10.3969/j.issn.l672-9943.2018.04.065麟史电磁法和电阻率法在#丼超I f揲测中的启用雷彦顺(平顶山天安煤业股份有限公司八矿，河南平顶山467000)[摘要]在阐述矿井瞬变电磁和电阻率法基本原理的基础上，结合工程实例，介绍了三点三 极和瞬变电磁扇形探测技术观测系统设计原则及数据处理解释方法。
实际探测结果表明，矿井瞬变电磁和电阻率法可准确圈定迎头前方隐伏地质构造及其分布范围，实现对地下掘进工程隐蔽致灾源的超前预测预报。
[关键词]矿井瞬变电磁法;矿井直流电阻率法;地质预报;超前探测[中图分类号]P631[文献标识码]B[文章编号]1672-9943(2〇18)04"0161>〇20引言在矿井巷道或其他地下工程掘进过程中，极 易发生由断层裂隙带、陷落柱、溶洞等隐伏地质构 造引起的突水事故。
因此，详细探查地下掘进工程 前方的隐伏导、含水构造对于保证煤矿安全生产 至关重要。
本文从矿井直流电阻率和瞬变电磁法 的基本原理出发,结合工程实例，详细介绍了三点 三极超前探和瞬变电磁扇形探测技术的施工及数 据处理解释方法，验证了其探测巷道迎头前方隐 伏地质构造的可行性。
1基本原理1.1矿井直流电阻率法直流电阻率法是电法勘探的基本方法之一，是以岩(矿)间的电性差异为基础,通过在巷道迎 头布置供电电极建立全空间稳定电流场，稳定电 流场的时空分布特征取决于巷道周围不同电性岩 层的赋存状态。
根据全空间稳定电流场分布原理,电势等位面以供电电极为球心呈球面分布，当巷 道迎头存在隐伏地质构造时，因其与围岩间的电 性差异而引起整个电流场的畸变，如图1所示。
通 过在巷道后方布置测量电极MJV,测到电位差 M m v，再根据超前探的电性参数，并以M JV中点 作为记录点绘制视电阻率剖面曲线,藉以了解巷道迎头前方不同电性岩石的赋存状态及分布范围。
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第30卷 第1期安徽理工大学学报(自然科学版)V o l.30 N o .12010年3月Journal of A nhui U niversity of Science and T echno logy (N atural Science )M ar .2010深部矿井电阻率法超前探测多极偏移处理与应用胡雄武,张平松(安徽理工大学地球与环境学院,安徽 淮南 232001)摘 要:结合拟地震数据处理思想,提出多极叠加观测方式下多极三维偏移处理技术,利用多道电阻率测深数据进行拟地震记录分析,通过划分网格单元在等位球面进行电阻率值叠加,实现异常电阻率值的空间归位。
实际应用表明该处理技术可以从巷道后方观测数据体中充分提取工作面前方地质体的电阻率分布特征,超前预测预报效果显著。
关键词:多道电阻率测深数据;多极三维偏移处理;超前预测预报中图分类号:P 631 文献标识码:A 文章编号:167221098(2010)0120021204收稿日期:2010202203基金项目:国家重点基础研究发展计划(973)资助项目(2007CB 209400);安徽理工大学博士基金资助项目作者简介:胡雄武(19842),男,安徽绩溪人,在读硕士,主要从事地球探测与信息技术研究工作。
M u lti 2po le Excu rsi on P rocessing of R esistivity D ata of A dvanced D etecti on in D eep M ines and Its A pp licati onHU X i ong 2w u ,ZHAN G P ing 2song(Schoo l of Earth Science and Environm ental Engineering ,A nhui U niversity of Science and T echno logy ,H uainan A nhui232001,Ch ina )Abstract :I m itating the data p rocessing m ethod of seis m ic w ave ,m u lti 2po le 3D excu rsi on techn ique is p ropo sed acco rding to the m u lti 2po le stack ob serving system .P seudo 2seis m ic app roach w as app lied to the m u lti 2p ath resistivity sounding data .B y stack ing resistivity on the equ i po ten tial su rface girding ,abno r m al resistivity is pu t co rrect locati on .A pp licati on revealed that the resistivity distribu ti on ahead of the tunnel is p recisely ab stracted from the su rveying data back of the tunnel u sing 3D m igrati on p rocessing .Its effect is very obvi ou s .Key words :m ulti 2path resistivity sounding data ;m ulti 2po le 3D excursi on ;advanced detecti on and fo recast 深部巷道掘进过程中受地质条件制约,经常出现工作面前方涌突水、塌方等安全事故,给生产带来严重的人力、物力和财力损失。
因此,加强巷道掘进前方富水体预测预报是深部巷道安全、高效掘进的一项重要内容。
目前,在诸多地球物理勘探技术手段中,直流电阻率法对含水异常体反应敏感且施工高效、快捷,已成为现阶段巷道掘进前方地质灾害预测预报的主要技术手段之一,发挥着重要的作用。
但受现场测试条件及技术方法本身因素影响,直流电阻率法超前探测技术还存在许多缺陷[125]:全空间点电源场分布受不同地电模型的影响,其分布特征也不相同,球状特征只适用于均匀介质情况;观测系统布置受巷道空间限制,观测电极只能沿巷道掘进迎头后方布置,使得距离探测目标电性异常体越来越远;探测目标体异常响应微弱且巷道后方非探测目标体(包括巷道内金属体、水体及巷道顶底板、左右两帮地质异常体)干扰强烈,异常剔除困难;数据处理主要依赖于传统的几何作图法及其近似变种方法,一维反演模型建立受人为干扰较大,没有得到推广应用;传统“三点电源法”限制了异常响应数据的多次捕获等,部分缺陷受现场施工条件限制,难以改变。
因此加强后期数据处理是现阶段提高直流电阻率法超前探测精度的可行方向,本文针对这一问题,提出深部巷道内多极三维偏移处理技术,为提高矿井直流电阻率法超前探测技术数据处理手段提供新的研究思路。
1 超前探测技术观测方法常规直流电法勘探(如高密度电法)因其观测系统布置存在阵列方式,且探测方向主要为阵列观测电极下方,与目标异常体较近,目标异常电性响应强烈,所以往往能取得较好的探测效果;直流电阻率法超前探测与常规直流电法勘探不同,具有一定的特殊性,巷道空间较大程度上限制了观测系统的布置,观测电极是沿巷道掘进头后方布置,而探测目标异常体位于掘进迎头前方,观测电极布置远离探测目标方向,捕捉目标异常响应难度较大,因此寻求最佳观测系统对于提高探测精度具有较大的意义。
多极叠加立体观测方法,即在巷道左右帮各布置一条测线,为提高异常的响应幅度,在迎头立面上布置一定数目的电极,并且将供电点电源数从传统的三点电源增加到16个点电源,相对三点电源法超前探测来说,增加了较大的优势:距离掘进前方异常体相对较近;观测测线的布置几乎涉及到整个巷道空间,有助于全方位观测,减小了探测盲区;巷道空间较小,迎头前方异常在两帮观测数据总体趋势上应该一致,故通过数据相互校正分析可以限制数据采集时现场随机性干扰所造成的影响;随着供电点数的增加,迎头前方异常捕捉概率相对提高等。
综上所述,多极叠加立体观测法相对传统三点电源观测方法优势明显,但是如何将通过多极叠加观测法采集得到的数据进行有效的表达成为采用该观测方法进行超前探测的阻碍,如果分别将单条测线按传统的几何交汇法进行数据处理,两条测线数据处理结果相似,无法获得更多有效的探测信息,失去了采用该方法进行超前探测的意义,因此寻求能够较大限度的从观测数据中获取异常信息的处理手段是关键。
2 多极三维偏移处理技术为充分利用多极叠加观测法探测数据获取有效超前探测信息,结合多年从事地震勘探数据处理经验,提出拟地震处理思想,将单个点电源供电所获得视电阻率曲线视为一个单炮地震记录,多个点电源供电可获得多个视电阻率曲线,类似于多炮多道地震波形,多个观测曲线之间具有重复的观测区域,相当于地震波共反射点,地震处理中通过共反射点叠加处理突出反射点异常,由于直流电法观测具有体积效应,据此原理,将视电阻率曲线相同观测区域进行叠加,异常区域与正常区域电阻率值将会发生分异。
但由于直流电法观测为地质体固有属性电阻率,是静态值,而地震波共反射点通常情况下叠加的是能量,易受人工激发源能量等的影响,因此对视电阻率进行偏移叠加后需进行加权平均,才能统计性地获得空间位置点处的视电阻率值[6]。
2.1 技术原理2.1.1 建立偏移模型 均匀介质情况下,全空间点电源场的分布具有球状特征,利用单点电源A供电,另一供电电极B置于“无穷远”,测量电极为M、N,点电源A形成的等位面为球面,测量电极M N 所测电位差是受M N之间球壳体积范围内电阻率引起的电位变化梯度(见图1),记录点为M N中点O,O点处所记录的视电阻率值为M N球壳内的真电阻率的综合效应值,将空间区域网格化,以供电点A为球心,供电点A与记录点O的距离R为半径进行球形偏移,球面所经过的单元格内赋予相同的视电阻率Θo值(见图2),因此可建立数学模型如下Θ{Υ(A(x A,y A,z A),R)}=Θ式中:Υ(A(x A,y A,z A),R)为球函数;R=(x O-x A)2+(y O-y A)2+(y O-y A)2图1 均匀介质中点电源场分布特征示意图图2 网格单元视电阻率赋值平面示意图22 安徽理工大学学报(自然科学版) 第30卷2.1.2 建立偏移模型坐标 为较为直观的表达探测目标区域,定义以迎头立面中心点为坐标系原点,巷道掘进迎头前方为轴正向,顶板方向为轴正向,左帮为轴正向(见图3),建立笛卡尔空间坐标系。
轴正向为超前探测目标区域,可将异常体的来源(巷道后方或巷道前方)较为直观的分开。
图3 多极偏移巷道模型坐标示意图2.1.3 超前探测区域离散化 随测量电极向巷道后方逐点移动观测,单个点电源可以形成以该点电源为球心的球族;多个供电点电源便可形成多个不同球心的球族,不同球心的球之间必有相交,即具有局部重复的观测区域,并且随着供电点电源逐点远离巷道迎头,巷道前方由远及近相同观测区域的重复观测次数逐渐增加,即巷道迎头前方一定距离内有较多球面经过,因此将空间区域离散成长方体单元时,可将巷道前方距离巷道迎头较近处网格单元体划分较密,远离巷道迎头处网格单元体划分较为稀疏(见图4)。
图4 超前偏移网格体单元划分示意图2.1.4 网格单元体视电阻率赋值 网格单元体离散化后,多组球心族轨迹所经过的单元体赋以相应视电阻率值,因此部分网格单元体内具有多个视电阻率值,经过多次研究,将多个视电阻率值视为对该网格单元体的多次观测样本,样本的期望(即加权平均值)就是该网格单元体的视电阻率值,即Θs =∑ni =1Κi Θsi;∑ni =1Κi=1(n =0,1,2,…)式中:Θs 为单元体视电阻率期望值;Θsi 为单元体内视电阻率样本值;Κi ∈(0,1)为各样本权值,实际取值主要依据供电测量电极对的空间位置而定。
当n =0时单元体内无实测视电阻率值;n ≥1单元体内至少有一个视电阻率值。
进面获得整个测试过程中的电阻率网格数据体,可通过不同方向切片对应分析巷道前方及周边地质条件变化。
3 工程实例淮北杨柳煤矿北翼胶带机运输大巷掘进过程中,2009年4月30日迎头突见小构造,现场在巷道底板通过钻探探煤,未见预计煤层,给巷道施工带来困扰。
根据地面三维地震勘探成果资料,向前掘进将至大侯家断层,其间还可能存在一些小断层和裂隙发育区。
为保证掘进施工安全,需查明前方构造位置及其富水性,为巷道设计、支护及矿井防治水提供依据。