井-間電阻率方法探測(cè)采空區(qū)研究

■朱強(qiáng)　張瑞　許顥礫

（中國礦業(yè)大學(xué)資源與地球科學(xué)學(xué)院　江蘇　徐州　221116）

井-間電阻率方法探測(cè)采空區(qū)研究

■朱強(qiáng)張瑞許顥礫

（中國礦業(yè)大學(xué)資源與地球科學(xué)學(xué)院江蘇徐州221116）

本文總結(jié)了礦井采空區(qū)的電性特點(diǎn)，并且在傳統(tǒng)直流電探測(cè)的基礎(chǔ)上，改進(jìn)了傳統(tǒng)電法觀測(cè)方式，把電流電極和電位電極均放在井間，并分析了井間運(yùn)用電阻率法在探測(cè)采空區(qū)上面的可操作性。提高電法探測(cè)的深度和分辨率，準(zhǔn)確探測(cè)多層采空區(qū)。結(jié)果表明，井間電阻率法在探測(cè)采空區(qū)上具有很高的可操作性，能夠得出探測(cè)區(qū)中所存在的采空區(qū)的范圍。

井間電阻率法采空區(qū)電性特征

1　引言

采空區(qū)是指在煤礦作業(yè)過程中，將地下煤炭或煤矸石等開采完后留下的空洞或空腔。其災(zāi)害的主要表現(xiàn)形式有:片幫、冒頂、突水、地震、巖爆、沖擊地壓、地面塌陷、地面沉降、地裂縫以及由其導(dǎo)致的滑坡、泥石流、地表植被破壞等多種形式。此外,由于多年民采泛濫,遺棄有大量的采空區(qū)和巷道,并且無資料可查,這為系統(tǒng)分析和評(píng)價(jià)采空區(qū)的危害帶來較大的困難。

2　采空區(qū)的電性特征

當(dāng)采空區(qū)保存完整且基本上未充水時(shí),在電性上是典型高阻體;采空區(qū)塌陷且基本上未充水時(shí),亦為高阻體;而采空區(qū)充水或塌陷充水時(shí),則將成為低阻體,且隨水的含鹽度與塌陷溶融狀態(tài)而有程度上的不同。

3　方法原理及分析

其中EMN和jMN為測(cè)量電極間任意點(diǎn)沿測(cè)量電極MN方向的電場(chǎng)強(qiáng)度和電流密度分量；ρMN為測(cè)量電極間任意點(diǎn)的電阻率值；dl為測(cè)量電極間任意點(diǎn)沿測(cè)量電極MN方向的長度單元。最終以所測(cè)得各點(diǎn)的視電阻率繪制曲線圖、剖面圖等圖件得出異常體的分布。

4　井間視電阻率法探測(cè)采空區(qū)正演模型

在一口鉆井井1中布置供電電極A，另一口鉆井井2中布置測(cè)量電極M，對(duì)每一個(gè)供電點(diǎn)對(duì)依次供電，而每次在所有測(cè)量電極M上都測(cè)量電位，然后將觀測(cè)電位換算成視電阻率。

一般利用靜像法來將觀測(cè)電位U換算成視電阻率ρ，當(dāng)供電點(diǎn)A和觀測(cè)點(diǎn)M分別位于兩口井中時(shí)，應(yīng)用轉(zhuǎn)換公式得到M點(diǎn)處的視電阻率ρ。

其中兩個(gè)井的井間距為d；供電點(diǎn)A和觀測(cè)點(diǎn)M的高程差為h；供電點(diǎn)A距離地面的距離為l；觀測(cè)點(diǎn)M距離地面的距離是L；為觀測(cè)點(diǎn)M測(cè)得的電位，i為觀測(cè)點(diǎn)M測(cè)得的電流值。

最后應(yīng)用井間成像技術(shù)，以南北方向?yàn)榭v坐標(biāo)，東西方向?yàn)闄M坐標(biāo)繪制視電阻率等值線圖。在等值線圖上，那些圈閉就是異常體的位置。本文以此來探測(cè)采空區(qū)的位置?？紤]到多層采空區(qū)的問題，當(dāng)測(cè)量得到的數(shù)據(jù)處理后對(duì)比不同深度的視電阻率等值線圖分析比較出多層采空區(qū)的縱向范圍，同時(shí)也可以得到其橫向的范圍分布。

將電阻率法應(yīng)用于井間，本文利用CAD繪制物理模型如圖1，類似于地面電阻率法將電極緊貼井壁，通一定電壓的直流電，接收電極接收。

圖1　CAD井間電阻率法示意圖

分析結(jié)果如下：

圖2　異常區(qū)域電阻率等值線剖面圖

由圖2可以明顯的看到異常體（采空區(qū)）的所在范圍，由此可見，井間電阻率法具有較為靈敏地探測(cè)效果。

5　結(jié)論

井間電阻率法在測(cè)量采空區(qū)具有很好的可操作性，由于采空區(qū)與周圍巖體之間的電阻率差異，再根據(jù)所得到的電阻率等值線剖面圖，可以大致得出在所測(cè)地區(qū)采空區(qū)是否存在以及所存在的采空區(qū)的位置以及邊界范圍大小，并且我們能夠根據(jù)所探測(cè)出采空區(qū)范圍，采取相對(duì)防護(hù)措施，避免災(zāi)害發(fā)生。

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P62[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-9-289-2