直流电法物探低阻解释分析_0
直流电法超前探测煤矿巷道前方高阻体
2020.11科学技术创新直流电法超前探测煤矿巷道前方高阻体李雄伟（中煤科工集团西安研究院有限公司，陕西西安710077）直流电法是研究与地质体有关的直流电场的分布特点和规律，进行找矿和解决某些地质问题的方法，其利用点电源场的球壳原理，基于岩石矿石的电性差异完成探测。
直流电法超前探常被用于探测煤矿井下巷道掘进前方的低阻异常体，如含富水的巷道、破碎带、陷落柱等等地质构造[1]。
这些隐伏地质体含富水或积水时，与围岩电性差异明显，容易被探测，但是当不含富水或不积水的时候，则不易被探测，此时仍然影响大型综采煤矿的掘进及工作面布置，严重威胁煤矿安全生产[2-4]。
比如不积水的采空老巷道，其是瓦斯的聚集场所，规模小而不易被定位探测，则易在掘进阶段引发瓦斯突出[5]。
实现快速准确的探测掘进巷道迎头前方的隐伏危险源，对于保障生产安全意义重大。
文章采用理论方法较成熟的直流电法超前探测技术[6-7]，运用消除了地层层状空间影响和各向异性影响的资料处理方法，在生产矿井中对煤矿掘进迎头前方已知空巷道进行了试验探测，准确的探测出了空巷道的位置。
1直流电法超前探测在地下均匀空间内，如图1所示，采用三个供电电极A 1、A 2和A 3、一个无穷远电极B 、两个接收电极M 和N 的六电极系装置，在掘进巷道的迎头附近等间距布置施工[8]。
供电电极依次向地下供入人工加载的直流电，建立地下以供电电极为球心的点电源球状电场，电流线以供电电极为球心往外延伸，形成的等电位面也均是以供电电极为球心的球壳面，该球壳面的特点是在同一个球面上的任意一点的电位相同，在巷道后方以固定间距的方式布置接收电极，单接收电极测量的电位为：（1）式中：I-电流源场的大小，单位/A ；U-观测点测量电位的大小，单位/V ；R-电流源到观测点之间的距离，单位/m ；ρ-均匀全空间的视电阻率，单位/Ω·m 。
计算连续两个接收电极（M 、N ）测得两个球壳之间的电位差。
直流电法超前探测
一、直流电法超前探测直流电法：直流电法（direct current electric method）是电法勘探的一大类方法。
其共同特点是研究与地质体有关的直流电场的分布特点和规律来进行找矿和解决某些地质问题。
直流电法利用的场源有人工的和天然的。
利用的电性差异有岩石矿石的电阻率差异和极化率差异。
测量的参数有视电阻率（Ps）和视极化率（ns）等。
利用人工场源的直流电法包括有电阻率剖面法、电阻率测深法、充电法、直流激发极化法等。
利用天然场源的直流电法有自然电场法等。
直流电法超前探测理论依据：将电测深、电剖面融为一体，适用于矿井巷道深部岩层富水性探测和煤层底板突水预测。
其中三点——三极超前探测方法应该效果很好，其突出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，避免了仅使用原始视电阻率曲线人为判断解释造成的许多缺点，大大提高了解释准确度。
二、地震超前探测地震波勘探原理：地震波勘探是由震源激发的地震波在向下或向前传播时，遇到不同的波阻抗界面时，在界面处会发生反射，透射（折射）等现象，这些在不同波阻抗界面发生反射、透射（折射）的地震波可被排列于震源附近的检波器所接收，从而形成可用于地震解释的原始数据。
1.TSP（隧道地震超前预报系统）采用回声测量原理，通过分析反射地震波信号的运动学和动力学特征，对断层，岩石破碎等不良地质体的位置、规模、产状及岩石力学参数进行计算与界面提取成图。
2.TRT（真反射层析成像）它采用的是空间多点接收和激发系统，检波器和激发的炮点呈空间分布，布置在巷道迎头、顶板及两个侧帮上，以充分获得空间波场信息，提高对前方不良地质体的定位精度。
该方法对岩体中反射界面位置的确定、岩体波速和工程类别的划分等都有较高的精度。
3.ISIS（综合地震成像系统）它是将三个相互垂直状态的检波器，利用粘固剂固定在锚杆上，按一定间距安装在隧道的墙面上。
并利用TBM作为震源激发地震波，从而接收地震记录。
物探工判断模拟试题(含答案)
物探工判断模拟试题（含答案）一、判断题（共100题，每题1分，共100分）1、YBT32矿用并行电法透视仪，穿透能力可以达300m以上。
A、正确B、错误正确答案：B2、在仪器通过巷道积水和顶板成水的地方，应采取保护措施，防止仪器被浸湿。
A、正确B、错误正确答案：A3、矿用钻孔测井分析仪推杆主要功能为推送探头。
A、正确B、错误正确答案：A4、设置接收机增益最简单的准则：测量值能超过接收机内部最大的饱和水平。
A、正确B、错误正确答案：B5、振动在介质中传播就形成波，地震波是一种弹性波A、正确B、错误正确答案：A6、地震勘查采区勘探时，三维勘探应查明落差5m以上的断层其平面位置误差应控制在30m以内。
A、正确B、错误正确答案：A7、矿井发生灾害事故时，为防止引起不必要的恐慌和混乱，各工区、科室党政组织应围绕信息发布情况，积极做好职工的思想工作，保持稳定、有序，做到不传谣言和小道消息。
A、正确B、错误正确答案：A8、留设的防水煤（岩）柱必须与当地的地质构造、水文地质条件、煤层赋存条件、围岩的物理力学性质、煤层的组合结构方式等自然因素密切结合，还要与采煤方法、开采强度、支护形式等人为因素互相适应。
A、正确B、错误正确答案：A9、瑞利波探测时，震源和传感器排列可不在一条直线上。
A、正确B、错误正确答案：B10、音频电透视法对每个供电点，应在另一顺槽的扇形对称区间12~20个点进行观测，以确保采面内各单元有两次以上的覆盖。
A、正确B、错误正确答案：A11、公式H＝Vt0/2,中V为平均速度A、正确B、错误正确答案：A12、地震勘查详查时，主要煤层底板的深度小于200m时解释误差不大于10m。
A、正确B、错误正确答案：B13、当地层倾向与断层倾向相同，逆断层引起地层重复。
A、正确B、错误正确答案：A14、YDZ16（B）矿用多道并行直流电法仪仪器主机是由硬件和软件系统组成的。
A、正确B、错误正确答案：A15、电阻率深法是通过改变频率来控制深度的。
公路工程物探规程解读与案例分析——物探应用与直流电法勘探
公路工程物探规程解读与案例分析——物探应用与直流电法勘探单项选择题（共10 题)1、按照《公路桥梁抗震设计规范》（JTG/T 2231-01-2020）的有关规定，强震区A类和B类桥梁，实测土层的剪切波速的钻孔数量为中桥不少于1个，大桥不少于（）个，特大桥及特殊结构桥梁根据桥梁抗震设计要求适当增加。
(A)•A、2•B、3•C、4•D、5答题结果：正确答案：A2、物探用于初勘阶段特殊路基勘察，应结合不良地质与特殊性岩土的类型、规模及发育规律布置测线，每段路基不应少于（）测线，测线长度应根据路基工程地质评价的需要确定。
(A)•A、一纵一横2条•B、一纵两横3条•C、1条•D、2条答题结果：正确答案：A3、工可阶段，跨江、跨海独立桥梁工程应综合考虑水域的宽度、深度、水流的方向和速度等因素选用物探方法和布置测线，测线数量不宜少于（）。
(B)•A、1条•B、2条•C、3条•D、4条答题结果：正确答案：B4、隧道初勘阶段，隧道洞身段应沿轴线布置纵测线；洞口段应布置横测线，每个洞口段横测线数量不宜少于（）条。
(C)•A、1条•B、2条•C、3条•D、4条答题结果：正确答案：C5、在隧道超前地质预报中，反射波法每次探测距离宜按（）控制，不宜超过150m，前后两次探测的重叠段不应小于10m。
(C)•A、30m•B、50m•C、100m•D、120m答题结果：正确答案：C6、采用瑞利面波法检测时，应以注浆点作为检测点，道间距不宜大于1m，偏移距应通过试验确定。
检测点应均匀分布，兼顾重点注浆部位和注浆异常部位，数量不应少于总注浆点数的（）。
(C)•A、10%•B、20%•C、30%•D、50%答题结果：正确答案：C7、下列有关直流电法各方法适用范围的表述，不正确的是（）。
(D)•A、电测深法可用于探测地下介质的埋深及厚度；测量土壤电阻率、大地电导率等参数。
•B、电剖面法可用于探测地下一定深度范围内的地层、岩性水平方向上的变化及地质体的分布。
物探工试题(含参考答案)
物探工试题（含参考答案）一、判断题（共100题，每题1分，共100分）1.应急预案应该由煤矿总工程师组织实施。
A、正确B、错误正确答案：B2.水平显示范围是依据信号量级的上限而自动选定的，最多可显示4个量级的范围.A、正确B、错误正确答案：B3.地震勘查详查时，主要煤层底板的深度大于200m时，解释误差不大于3%。
A、正确B、错误正确答案：B4.由于煤、岩层的密度和速度的差异，煤层中地震波大部分能量在顶、底板之间来回反射并干涉，形成了槽波。
A、正确B、错误正确答案：A5.低阻体上方有电阻率异常，也一定会产生激电异常。
A、正确B、错误正确答案：B6.电测深法是在地面上不断改变供电电极和测置电极的位置，观测和研究所供直流电场在地下介质中的分布，了解测点电阻率沿深度的变化的探测方法A、正确B、错误正确答案：A7.音频电透视法对每个供电点，应在另一顺槽的扇形对称区间12~20个点进行观测，以确保采面内各单元有两次以上的覆盖。
A、正确B、错误正确答案：A8.相关速度谱的灵敏度较高，迭加速度谱抗干扰能力较强。
A、正确B、错误正确答案：A9.无线电波坑透发射机工作时，不必将发射功率调谐至允许范围内的最大值。
A、正确B、错误正确答案：B10.高密度电阻率法实际上是一种阵列勘探方法.A、正确B、错误正确答案：A11.坑透发射点如果布置在构造位置，会形成大片阴影区，不利于工作的顺利进行和资料的有效利用。
A、正确B、错误正确答案：A12.公式H＝Vt0/2,中V为平均速度A、正确B、错误正确答案：A13.隔水层是（不）能透过与给出水或透过与给出的水量微不足道的岩层A、正确B、错误正确答案：B14.所谓的频散现象是指波在介质中的传播速度是振幅的函数。
A、正确B、错误正确答案：B15.矿用钻孔测井分析仪如果遇到钻孔塌孔严重，不得强行推进。
A、正确B、错误正确答案：A16.褶皱与断层是岩石变形产生的两类不同性质的地质构造，因此，它们总是相互独立产生的。
浅论直流电法仪探测煤矿井下水情中异常区的应用
浅论直流电法仪探测煤矿井下水情中异常区的应用作者：李毅男来源：《科技探索》2013年第12期摘要：本文笔者简单介绍了直流电法仪的工作原理及探测方法，并距离阐述了直流电法仪在井下水情中的实践。
关键词：直流电法仪应用采用先进的物理探测设备，是防治矿井水灾的有效途径。
电法勘探是勘探地球物理学主要学科之一。
电法勘探是利用不同岩石间或矿石与围岩之间的电位差异，在地面上借助研究天然的或人工方法建立的电场或电磁场的分布规律来查明地质构造或寻找有用矿产的一类地球勘探方法。
一、直流电法仪的工作原理及探测方法矿井直流电法属全空间电法勘探。
它是以岩石的电性差异为基础，在全空间条件下建立电场，在地下巷道中进行电法勘探，电流通过布置在巷道内的供电电极在巷道周围岩层中建立起全空间稳定电场。
电测探法是测量测点下深度方向上的视电阻率的变化，借此研究地下不同深度的岩层分布状况；电剖面法是采用固定的电极距并使电极装置沿剖面移动，从而研究地下某一深度范围内沿剖面方向的视电阻率的变化规律。
为了在地下建立人工直流电场，一般采用对称四极装置，其中A、B为供电电极，M、N 为测量电极，由于电极尺寸大小相对于AB、MN距离来说很小，因此，可以认为AB供电点为点电源。
点电源的电场是以点电源为中心的辐射场，电流线呈辐射状分布，等位面是以A为球心的半球壳。
在对称四极情况下，两电极仍然是以点电源为中心，电流线成辐射状分布。
在接近电极附近时电位面是近似的半球面，而电流线近似于辐射的直线。
在远离电极时等位面则变成一组近似的椭球面，电流线也变成一簇复杂的曲线。
但在两电极中间的地段，约I/3AB区域内，等位面近似垂直地平面，而电流线的分布也近似为平行地面的平行线，在电法勘探中把这部分场称为均匀场。
当地下不均匀地质体存在时，会引起均匀场的变化，在地面就能观测到。
根据理论推导，电流沿深度方向上分布的最大深度为：h ≈0.7lAB但实践证明，即使在最理想的地质条件下，在地面下发现地质不均匀地质体的能力都小于AB/2。
富水异常区超前探查的综合物探技术分析
富水异常区超前探查的综合物探技术分析谢瑞【摘要】本文以某矿区为例,主要分析了瑞雷波仪、无线电坑透仪、地质雷达、直流电法、瞬变电磁、音频电透等物探技术在富水异常区超前探查中的具体应用,评价了这6种物探技术的运用条件及优缺点,综合使用两种及以上的物探技术进行井下探查能够取得更好的探查效果.【期刊名称】《资源信息与工程》【年(卷),期】2016(031)004【总页数】3页(P71-73)【关键词】综合物探技术;富水异常区;巷道【作者】谢瑞【作者单位】安徽省地球物理地球化学勘查技术院,安徽合肥230000【正文语种】中文【中图分类】P631煤矿中的突水事故会严重影响煤矿的正常作业，对于煤矿工作面和巷道的顶底板和采掘前方，必须使用综合物探技术对异常区进行探测，最大限度地减少透水事故的发生。
近年来我国的物探技术发展非常迅速，本文以某矿区为例，探讨了富水异常区超前探查中的综合物探技术。
本文选择了我国著名的富水矿区作为工程实例，该矿区为我国华北型煤田，底板厚层奥陶系灰岩地下水会对矿区造成严重的威胁，容易发生突水事故。
整个矿区的总涌水量达到了24000～30000m3/h，煤层自新中国成立以来共出现了17次淹井事故和14次突水淹没采区事故。
该矿区的主要含水层有两个部分。
（1）奥陶系灰岩含水层。
作为煤系地层的基底，奥陶系地层为白云质灰岩、泥灰岩、厚层状石灰岩互层，整体厚度为600m，钻孔单位涌水量为10～30 L/（s·m），含水层渗透系数为1～30m/d，为该矿区的主要含水层。
（2）石炭系灰岩含水层组，包括间接充水含水层和直接充水含水层。
间接充水含水层的平均厚度为12m，渗透系数是1～3m/d，间接充水含水层和奥陶系灰岩含水层的距离为约10～20m，与煤层的距离约为70m。
直接充水含水层的平均厚度为7m，渗透系数是1～15m/d，与煤层的距离约为20m。
2.1 瑞雷波仪作为一种表面波，瑞雷波的质点能够在波的传播方向垂直平面内振动，具有逆时针方向转动的椭圆轨迹，在某一特定频率下瑞雷波会随着传播深度的增加而不断衰减，不同频率的瑞雷波在相同深度的衰减情况也不相同。
直流电法仪探测煤矿井下水情中异常区的实践
Ｙ ｚ Ａ） Ｄ （ 直流电法仪是为煤矿井下含有瓦斯、 煤尘 、 粉尘等爆
炸性危险环境中探测含水和导水地质小构造而设计制造 的本质安 全型仪器［ ， 具有便于携带、 操作简便 、 探测精度高和抗 干扰能力
关键所在 。 那么 ， 如何依据实际情况进行异常区判别呢？２ １ ０ ０年以来 ，
河 北 西 路 ｌ 号 ，３０ ０ ７ ０３０．
Ｔａ ｋ ｎ ｂ ｕ ｐ ｃａ ｅ ｓ ｒ ｓｆ ｒｔ ｅＳ ｆ ｔ ｅＨｉ ｈ ｓｏ ｅ ｌ ｉ ｇ ａ ｏ ｔ ｅ ｉｌ Ｓ Ｍ ａ ｕ ｅ ｏ ａ ｅ ｙｉ ｔ ｇ － ｌ ｐ ｈ ｎ ｈ
Ｅｘ ａ ａ ｉ ｎ ｉ ｔ ｅＳ ｃ ｖ ｔｏ ｈ ｕｂｇ ａ ｎ ｔ ｕｃｉ ｎ ｎ ｒ ｄｅＣｏ ｓｒ ｔｏ
山西孝义金晖万峰煤矿在这方 面的实践给我们提供了一个较为
合理的方 案。
强等特点。直流电法仪通过井下巷道周围岩层中建立起全空间的
稳 定 人 工 电场 ， 该 电场 的变 化 规 律 ， 取 岩层 的视 电阻 率 ， 测量 求 绘
制视电祖率 曲线或剖面图， 从而了解巷道周 围岩层的导水和含水
边界及富水性探查 、 工作面内隐伏含水构造等。 然而， 由于水 文地质条件的复杂性 与多变性 ， 各矿在使用直
流电法仪进行超前探测 时其异常区的取值范 围往往各不相 同。 究其原 因 ， 各探 查区岩层结构 、 性质不同 ， 特别 是岩层 中所含空 隙水的不同是其主要的影响 因素。所 以， 依据不同工作面的具体 水文地质情况进行异常 区的判定 ，是直 流电法探测成功与否的
ｃ ｎ ｔｕ ｔ ｎ， ｌｆ－ｗｏ ｋ， ｎ ｃ ａ ｃ ｌ ｐ ｒ ｔｏ ， ｔ ． ｏ ｓｒ ｃ ｉ ａｏｔ ｏ ｒ ａ ｄ ｍｅ ｈ ｎｉａ ｅ ａｉ ｎ ｅｃ ｏ
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直流电法物探低阻解释分析
对煤矿地区需要对地下物体进行技术方法的提前探测，目前采用比较多的方式为直流电法物探对于地下情况进行了解，主要的解释内容是保证直流电法测定的低阻区的解释来进行预报。
采用直流电法在解释过程中，解释结果的准确度直接影响后期各项工作的开展，因此必须保证工程技术方法解释的准确性，保证该技术的应用广泛度。
笔者通过对现场数据解释过程对比实际情况，其中存在的差异位置进行全面的分析，总结出一套新型的资料解释方法，有效的降低在解释过程中出现的种种问题，在实际生产过程中，结合直流电法的常规解释能够有效的保证解释的准确性。
标签：直流电法；物探；低阻；解释分析
0 引言
矿井直流电法预测技术常规模式是采用三点三极的方法对煤矿巷道的基本情况进行初步了解，矿井直流电法是在“三点源发”的基础不断的总结和完善实现的，勘探方法比较简单，对于水资源的勘察准确度比较高，并且探测深度大，因此在应用过程中比较广泛。
三点三极探测法在应用过程中采用的理论支撑是点源电流场和球体交汇理论。
点源电流场理论是根据球对称原理而发展的，利用测量电极MN测量巷道底板过程中，测量的主要内容为三个点所合成的球心，两者间距为MN长度的球壳体积内整体的电阻率变化情况，实现一次测定3组视电阻率取值。
在解释过程中能够结合所得三组视电阻率值和球体交汇原理来校正所得数据，将干扰因素逐步排除，提升整体解释数据的准确度。
电源电流场以及球体交汇理论可以在广义来描述地下巷道前方的基本情况，但是在详细的资料数据解释处理过程中，消除测量阶段获取的干扰波形的难度较大，在具体位置的确定上准确度也有待提升。
1 均值曲线法资料解释技术
在目前我国应用的比较多的方法中直流电法物探技术对于低阻区解释软件都是结合surfer来进行相应的数据等值线填充工作的，在操作过程中不需要复杂的人为操作，并且图像的形成效果比较良好，不足之处在于解释精度不足，一般情况只能达到60%左右。
本文的主要研究内容是避免从纯数据的角度对问题进行分析，而是选择与均值差值类似的模式来处理相关的数据和资料，取得的工程使用效果良好，本文将其称之为均值曲线法资料解释技术，主要的步骤为以下四个：
第一，首先将3个电极中获得的探测数据划分为3个组别，分别画出视电阻
率曲线分布图，将横坐标采用测量点距离1号供电电极的距离作为标准，纵坐标为视电阻率的值。
第二，将3条不同的视电阻率曲线获得的同一探测距离处的视电阻率求得均值，得到相应的均值曲线，均值曲线表示的含义是在不同距离下视电阻率均值，与之前相同，在该坐标系中，横坐标为视电阻率均值与电极的距离，纵坐标为电极在不同距离处的视电阻率值。
第三，比较第一步和第二步获得的视电阻率曲线，如果原始的视电阻率值与均值视电阻率值相对出现前者小于后者的情况，则说明该位置为低阻异常区。
为了有效的进行对比，笔者将相对完整的其他两条曲线等间距的平移，使其能够在同一坐标系中显示相应的视电阻率曲线。
第四，通过上述步骤的处理，能够将图像中的低阻异常区找出来，大致标注出相应的位置，然而由于本身直流电法技术采用的是“点源电流场”作为自身的支撑理论来逐渐进行地质体的解释，在测量过程中，极点在测量时能够够在巷道底板处进行相应的测量工作，将供电极作为球心，厚度指标为测量电极间距中体积范围内的介质电阻率值。
如果在巷道中存在一定的影响巷道顶底板电流或者侧向有低阻异常体的情况，将会对地下真实情况造成影响，这时应当结合采用球体交汇的原理来去除相应的干扰影响。
2 交集资料解释法
通过分析大量的实际工程数据与解释结果对比，发现采用均值直流电法在数据处理上准确度严重不足，经过研究发现，在解释过程中，如果相同的数据进行处理时，无论采用哪一种方法来进行处理最终的结果都存在比较大的误差，而研究人员发现，摒弃原本的均值法，采用取交集的方法，即对于出现差异的位置确定存在异常，而是对于两个解释判断都存在异常的情况才判定为异常区。
利用河北某矿区的勘探资料进行说明，现场的基本情况如下：巷道采用下山掘进进行，迎面存在的绝大部分内容为浮煤以及煤泥，这样的实际情况对于直流电法测量结果造成一定的不利影响。
通过分析的资料可知，在该巷道内电极前方20m左右位置存在低阻异常区，显示在巷道内电极前方20m和50m左右的位置都存在一定的低阻异常区，根据取交集的方法，两组曲线都指向相同的20m位置处的低阻异常区，而50m处位置的异常为假异常，最终工程技术措施验证，在前面24m处岩层的顶板已经破碎，并且在锚杆处还有水的存在，这是导致低阻异常的真实原因，而在50m处没有发现实际地质体造成异常。
3 结束语
直流电法物探在实际应用过程中凭借本身简单易操作的特点被广泛的应用矿山巷道前方预测工作中，但是由于本身的工程资料信息受到的影响因素比较
多，在解释过程中可能导致一定的误差。
采用取交集资料解释的方法能够有效的处理低阻解释过程中的问题，将假异常区排除，更准确的对巷道前方情况进行评价，提升解释准确度。
参考文献：
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[4]李冰.直流电法超前探测技术在含水断层构造探测中的应用[J].煤炭技术，2015（03）：10-12.。