电法超前探测汇报.pptx

培训提纲培训提纲44现场案例分析现场案例分析33探测异常分析判断探测异常分析判断 55现场工作注意事项现场工作注意事项11基础理论基础理论22现场工作方法现场工作方法11基础理论基础理论单极单极偶极电阻率法超前探测原理偶极电阻率法超前探测原理 单极单极偶极电阻率法是利用单点电源偶极电阻率法是利用单点电源A A 供电供电,另一供电极另一供电极B B 置于置于“无穷远无穷远”,测量电极为测量电极为M M 、N N ,在均匀质中在均匀质中,以电流电极以电流电极A A为中心形成全球等位面为中心形成全球等位面（图（图1 1）,测量电极测量电极M M、N N 所测电位差是所测电位差是M N M N 之间球壳的体积范围内电位差之间球壳的体积范围内电位差（图（图2 2）。当所测的电位发生异常，正好反应地下等位面所构成的薄壳层里的）。当所测的电位发生异常，正好反应地下等位面所构成的薄壳层里的异常（洞或其它不均匀体）。若此球壳体积范围内有电性异常体异常（洞或其它不均匀体）。若此球壳体积范围内有电性异常体(如含水断层如含水断层)存在存在,则其电阻率就会发生变化。因此在巷道后方通过观测视电阻率的变化则其电阻率就会发生变化。因此在巷道后方通过观测视电阻率的变化,就可以判断巷道前方是否存在地质异常体。就可以判断巷道前方是否存在地质异常体。但是，单凭一个供电点所测的异常还不能确定洞体的位置，必须依靠更多但是，单凭一个供电点所测的异常还不能确定洞体的位置，必须依靠更多的信息。这就需要设计空间探测，这样就可按图解法确定洞体的位置和大小，的信息。这就需要设计空间探测，这样就可按图解法确定洞体的位置和大小，同时也实现了多次覆盖测量。同时也实现了多次覆盖测量。根据等位壳层反映异常的原则，按照高分辨电法处理方法，以电流电极为根据等位壳层反映异常的原则，按照高分辨电法处理方法，以电流电极为圆心，以发生电位异常的电位电极到电流电极的距离为半径画弧，它们在地下圆心，以发生电位异常的电位电极到电流电极的距离为半径画弧，它们在地下的交会影像就是所探测的异常的交会影像就是所探测的异常图图1 1 单极单极-偶极法测量原理图偶极法测量原理图图图2 2探测原理半球立体示意图探测原理半球立体示意图图3探测原理剖面示意图22现场工作方法现场工作方法 该原理为点电源法：将供电电极该原理为点电源法：将供电电极A A置于坑道迎头置于坑道迎头,B,B置于较远处置于较远处(一般一般OB 3OB 35 OA),5 OA),其电场影响可忽略不计（图其电场影响可忽略不计（图4 4）。则）。则A A极电场极电场可近似为一球体可近似为一球体,其电流线自其电流线自A A呈均匀辐射状分布呈均匀辐射状分布,且任何一点的电且任何一点的电位位U U和电场强度和电场强度E E都具有球中心对称性都具有球中心对称性,那么坑道迎头后方任一点那么坑道迎头后方任一点P P的电位的电位U U值等于坑道前方对称位置点值等于坑道前方对称位置点PP的电位值。通过仪器可测的电位值。通过仪器可测得距得距A A为为r r的的P P点的视电阻率点的视电阻率 。如果坑道前方存在断层、陷落柱、。如果坑道前方存在断层、陷落柱、老窑空区等地质异常体老窑空区等地质异常体,则会改变点电源场的分布特征则会改变点电源场的分布特征,使电流线使电流线分布发生畸变分布发生畸变,观测到的观测到的 值也相应发生变化值也相应发生变化,因此因此,通过观测坑道通过观测坑道后方后方 的变化情况的变化情况,就可探测坑道前方隐伏地质异常体的存在。就可探测坑道前方隐伏地质异常体的存在。图图4 4 A A点供电，点供电，B B点置于无穷远处为公共电极，点置于无穷远处为公共电极，MNMN测量电位。将测量电位。将测量电极测量电极MNMN沿沿Z Z轴正向逐点移动，测量半径（即轴正向逐点移动，测量半径（即A A点到点到MNMN点的距点的距离）为离）为S S，测其电位并求其电阻率，记录点为，测其电位并求其电阻率，记录点为X X点。要求测量半点。要求测量半径应远大于径应远大于d d。然后装置整体沿。然后装置整体沿X X轴向移动轴向移动L L米，米，L LS/2S/2。在三维空间中在三维空间中,A,A点供电点供电,供电电流强度为供电电流强度为,形成以形成以A A点为中点为中心的电场。其电场强度的分布与探测点心的电场。其电场强度的分布与探测点O O到供电点到供电点A A的距离有着密的距离有着密切关系。在坑道内探测时切关系。在坑道内探测时,若极距若极距OAOA大于大于5 5,也就是大于坑道的也就是大于坑道的宽度和高度时宽度和高度时,坑道内的空气介质空间对电流密度的分布影响就坑道内的空气介质空间对电流密度的分布影响就比较小比较小,可认为电流是全空间分布的。若极距可认为电流是全空间分布的。若极距OAOA小于小于3 3,也就是也就是小于坑道的宽度和高度时小于坑道的宽度和高度时,坑道内的空气介质对电流密度的分布坑道内的空气介质对电流密度的分布影响就比较大影响就比较大,一般认为空气的电阻是无穷大一般认为空气的电阻是无穷大,电流密度为半空间电流密度为半空间分布。极距分布。极距OAOA在在3 35 5之间时为过渡带。即便如此之间时为过渡带。即便如此,电流的分布电流的分布仍以沿坑道走向仍以沿坑道走向(AB(AB轴线轴线)垂直方向占主导地位垂直方向占主导地位,也就是说也就是说,在均质在均质介质中介质中,用测量极距用测量极距MNMN对任意一点对任意一点O O进行探测时进行探测时,实际上是探测以实际上是探测以A A点为球心点为球心,AO,AO为半径为半径,厚度为厚度为MNMN的球壳体积的介质电阻率。的球壳体积的介质电阻率。电法超前探测一般在坑道掘进头以一定间隔布置A1、A2、A3三个供电电极(三点)，另一供电电极B在无穷远处，测量电极MN在坑道内按箭头所示方向，以一定间隔移动，每移动一次电极MN，分别测量由A1B、A2B、A3B供电所对应的视电阻率值。即一次探测三组视电阻率值,目的是利用同一组MN测量的三组视电阻率值进行校正，消除干扰，提高解释准确度。测量电极MN的间距根据地质任务和勘探的详细程度而定，同时也要考虑信噪比的大小。(注:由于现在实际使用的直流电法仪的最大供电电流不大，限定了超前探测距离。根据近几年的实际应用，最大超前探测深度一般不超过100m)。33探测异常分析判断探测异常分析判断异常相对巷道迎头位于不同的方位异常相对巷道迎头位于不同的方位1.1.巷道迎头前方异常在巷道迎头前方异常在A1A1曲线上的位置为曲线上的位置为a,a,在在A2A2曲线的位置为曲线的位置为a+sa+s。2.2.巷道迎头后方异常在巷道迎头后方异常在A1A1曲线上的位置为曲线上的位置为a,a,在在A2A2曲线上的位置为曲线上的位置为a-sa-s。3.3.巷道侧方异常在巷道侧方异常在A1A1、A2A2曲线上的位置都为曲线上的位置都为a a上的位置都为上的位置都为a a。在资料解释中在资料解释中,可以判别实测曲线异常如下可以判别实测曲线异常如下1.1.前方异常前方异常:A2:A2曲线前移曲线前移s s后后,2,2曲线上异常同步。预测为前方地质构造引起。高阻异曲线上异常同步。预测为前方地质构造引起。高阻异常为岩层破碎、构造反映常为岩层破碎、构造反映,低阻异常为低阻岩层、富水地质体反映。低阻异常为低阻岩层、富水地质体反映。2.2.后方异常后方异常:A2:A2曲线后移曲线后移s s后后,2,2曲线上异常同步。异常为后方岩性变化或底板电性不曲线上异常同步。异常为后方岩性变化或底板电性不均引起。均引起。3.3.侧方异常侧方异常:A1:A1、A2A2曲线相同位置异常为侧方曲线相同位置异常为侧方(或顶底方向或顶底方向)岩层或地质体异常引起。岩层或地质体异常引起。有时有时,重点探测侧方地质情况重点探测侧方地质情况,可将可将A1A1、A2A2布设在巷道迎头布设在巷道迎头2 2侧帮。侧帮。44现场案例分析现场案例分析 顾桥顾桥矿南翼大巷在掘进中需要对前方的地质构造异常矿南翼大巷在掘进中需要对前方的地质构造异常进行超前探测，为此采用了电法超前探测技术，电法现场进行超前探测，为此采用了电法超前探测技术，电法现场布置图如下所示；布置图如下所示；南翼大巷电法超前探测现场布置示意图南翼大巷电法超前探测现场布置示意图南翼大巷巷道剖面图南翼大巷巷道剖面图由于现场条件所限，只在迎头布置三个电极及巷道底板由于现场条件所限，只在迎头布置三个电极及巷道底板布置其余布置其余6161个电极，采用个电极，采用AMAM方法进行数据采集，巷道剖面方法进行数据采集，巷道剖面如下图所示：如下图所示：将采集的数据进行超前方法处理，得到如下结果图；电阻率标尺：超前计算结果图 超前计算表明在当日探测迎头前方超前计算表明在当日探测迎头前方20m20m处出现一异常界面（上图中黑线）处出现一异常界面（上图中黑线），该异常界面两侧电阻率差异明显，巷道前方，该异常界面两侧电阻率差异明显，巷道前方20m20m以内阻值相对较高，而以内阻值相对较高，而20m20m后出现相对低阻。初步分析此异常界面为断层，且落差较大，造成两侧后出现相对低阻。初步分析此异常界面为断层，且落差较大，造成两侧岩层电阻率差异表现明显。后经巷道掘进证实，此处为一断层（岩层电阻率差异表现明显。后经巷道掘进证实，此处为一断层（FD6FD6），落），落差为差为5.5m5.5m，距离，距离20082008年年1 1月月3030日迎头位置为日迎头位置为18.7m18.7m，与电法超前探测结果一，与电法超前探测结果一致。致。巷道掘进验证结果巷道掘进验证结果 由于砂质泥岩相比之于石英质砂岩的电阻率较低，由于砂质泥岩相比之于石英质砂岩的电阻率较低，因此在电法超前探测结果中，此处出现相对低阻区域，因此在电法超前探测结果中，此处出现相对低阻区域，与高阻区域界面清晰，有助于异常界面的确定。与高阻区域界面清晰，有助于异常界面的确定。同时随着超前预测距离的增大，前方数据覆盖次数同时随着超前预测距离的增大，前方数据覆盖次数减少不利于有效异常的判断，异常存在的可信度相对较减少不利于有效异常的判断异常存在的可信度相对较低，这同时也是常规巷道超前探测中数据解释依据。低，这同时也是常规巷道超前探测中数据解释依据。55现场工作注意事项现场工作注意事项现场工作注意事项：现场工作注意事项：一、积水一、积水水是电的良导体水是电的良导体,当巷道大范围积水时当巷道大范围积水时,供电电流将直接通过水体短路导通供电电流将直接通过水体短路导通,电力线几乎不可电力线几乎不可能向底板传播能向底板传播,电法探测也就无从开展。这种现象就是常说的电法探测也就无从开展。这种现象就是常说的“低阻屏蔽低阻屏蔽”。其对电法探测的。其对电法探测的影响影响,主要表现在以下几个方面。主要表现在以下几个方面。(a)(a)巷道局部积水巷道局部积水,测量电极移动至此就会产生低阻异常。这种异常本身一般表现为后方同步测量电极移动至此就会产生低阻异常。这种异常本身一般表现为后方同步型型,在解释中是可以识别和剔除的在解释中是可以识别和剔除的,直接影响并不大。其对测量的最大影响在于直接影响并不大。其对测量的最大影响在于,由此产生的由此产生的低阻背景场低阻背景场,常常掩盖和削弱相应位置的地质异常常常掩盖和削弱相应位置的地质异常,造成解释上的困难和失误。造成解释上的困难和失误。(b)(b)巷道存在不只一处积水时巷道存在不只一处积水时,两处积水之间巷段测量时常常表现为两处积水之间巷段测量时常常表现为“高阻异常高阻异常”。如果测段。如果测段内两处低洼地段积水内两处低洼地段积水,电力线发生向积水处偏移、集中电力线发生向积水处偏移、集中,中间巷段视电阻率增高中间巷段视电阻率增高,形成假异常形成假异常,影响探测效果。影响探测效果。(c)(c)巷道内有流水存在巷道内有流水存在,即使是一股微小的表流即使是一股微小的表流,对测量都会产生影响。尤其测量电极对测量都会产生影响。尤其测量电极M M、N N横横跨水流或布在水流中跨水流或布在水流中,测值就会跳跃、不稳测值就会跳跃、不稳,数据无法使用。但如果水流较小且集中于巷道一数据无法使用。但如果水流较小且集中于巷道一帮时帮时,测量电极只要避开水流布在另一帮测量电极只要避开水流布在另一帮,其影响就可基本消除。其影响就可基本消除。(d)(d)巷道潮湿或曾经大范围积水巷道潮湿或曾经大范围积水,但已全部渗入到底板中但已全部渗入到底板中,其对测量基本没有影响。其对测量基本没有影响。二、金属物体二、金属物体 巷道内既有金属护网、金属支架、道轨、刮板输送机等全巷段均匀布置的金属设施巷道内既有金属护网、金属支架、道轨、刮板输送机等全巷段均匀布置的金属设施,也有局部随机堆放的锚杆、锚索、钢管等金属物体。前者对测量而言也有局部随机堆放的锚杆、锚索、钢管等金属物体。前者对测量而言,可视为一个相对均可视为一个相对均一背景场的影响一背景场的影响,只要电极离开它一定距离只要电极离开它一定距离,其影响可以忽略的。后者由于放置不规则且其影响可以忽略的。后者由于放置不规则且常常占据局部巷道的大部分空间常常占据局部巷道的大部分空间,对测量影响很大对测量影响很大,测值跳跃、忽高忽低。因此测值跳跃、忽高忽低。因此,测量时必测量时必须移走这些物体。须移走这些物体。三、浮煤三、浮煤 煤是一种高阻体煤是一种高阻体,浮煤质地松散浮煤质地松散,导电性更差。因此导电性更差。因此,浮煤对测量的最大影响是导致浮煤对测量的最大影响是导致底板供电困难。对此底板供电困难。对此,一是要求清除浮煤一是要求清除浮煤,露出实煤或底板岩层露出实煤或底板岩层;二是将电极打深、浇水二是将电极打深、浇水,以改善局部供电条件以改善局部供电条件,降低接地电阻。同时降低接地电阻。同时,浮煤清理时浮煤清理时,要尽量避免巷道底板形成要尽量避免巷道底板形成V V 形形凹槽凹槽,人为增加地形变化对测量的影响；此外人为增加地形变化对测量的影响；此外,在有浮煤巷段最好用铜电极代替不极化极在有浮煤巷段最好用铜电极代替不极化极罐罐,以增加测量电极接地的可靠性。以增加测量电极接地的可靠性。四四 、生产施工、生产施工从物探要求讲从物探要求讲,进行电法超前探测时进行电法超前探测时,井下必须停止一切施工作业。但实际上由于赶井下必须停止一切施工作业。但实际上由于赶进尺有时很难为了探测效果而停工进尺有时很难为了探测效果而停工,其直接结果就是导致数据不稳、影响探测效果其直接结果就是导致数据不稳、影响探测效果,甚至甚至还可能引起安全事故。因此还可能引起安全事故。因此,探测时停止施工探测时停止施工,既是物探工作的需要既是物探工作的需要,也是安全生产的需也是安全生产的需要。要。