高密度电法勘探在丁家渠煤矿的应用
时间：2020-12-13 08:04:55 来源：柠檬阅读网 本文已影响 人 
(内蒙古伊泰煤炭股份有限公司，内蒙古 鄂尔多斯 017000)
摘 要：
文章以预先查明丁家渠4-2煤层顶板的富水性为前提，简述了高密度电法勘探的基本原理及 方法特征，并在此基础上说明了高密度电法勘探的应用效果。
关键词：煤层顶板；
高密度电法勘探；
低阻富水异常区；
丁家渠
中图分类号：P631.3(226) 文献标识码：B 文章编 号：1007—6921(2009)20—0091—02
丁家渠煤矿设计生产能力120万t/年，井田内含多组煤层。4101工作面主要开采煤层为中下 侏罗纪延安组4-2煤层, 煤层顶、底板岩性均为粉砂岩、砂质泥岩、泥岩、细砂岩，裂隙不 甚发育。第四系（Q4）松散层分布较广，厚度较大。
矿区地下水的补给、径流、排泄条件受地形地貌，水文气象，地质及水文地质条件等综合因 素控制，不同含水层的差异较大。预先查明4-2煤顶板的富水性，为测区水文地质评价提供 条件，对确保煤矿安全生产尤为重要。基于此种情况，在80m浅的区域选择了高密度电法勘 探，查清了测区内富水情况，为井下防治水工程设计提供物探依据。
1 高密度电法装置类型
高密度电法测量装置常用的类型有以下几种(见图1)，本次电法勘探选用单极——偶极装置 。
（A、B—供电电极；
M、N—测量电极；
a—最小电极距；
n—电极隔离系数(1 ～N)）
2 高密度电法基本原理
高密度电阻率法与常规直流电法勘探一样，是以探测地下目标体与围岩之间的导电性差异为 基础的一种地球物理勘探方法。当人工向地下加载直流电流时，在地表利用相应的仪器观测 其电场分布，通过研究这种人工施加电场的分布规律达到解决地质问题的目的。其电场分布 满足以下偏微分方程:
式中x0、y0、z0为源点坐标，x、y、z为场点坐标。当x≠x0、y≠y0、z≠z0 时，即只考虑无源空间时，上式变为拉普拉斯方程：
但是在复杂条件下，无法求得拉氏方程的解析解，因此主要是采用各种数值模拟方法。
高密度电阻率法视电阻率的求取与常规电阻率方法一样，通过给供电电极A和B供电流I，利 用测量电极M和N测量电位差△U就可以获得MN两点间的视电阻率值。
在实际工作中，根据供电电流、观测电位差，可通过式（3）求得观测点x处的视电阻率值。
本次勘探深度为地表以下4-2煤以上约40m～80m范围内，涉及的地层主要为侏罗系中下统延 安组与第四系全新统。
电法勘探的主要地质任务：①探查4-2煤顶板以上的含水层富水性异常的分布位置；
②对含水性异常的相对含水强度做出预测、预报，为地面或井下探放水工作的开展提 供可靠的坐标点，指导矿方防治水工作的开展；
③探测4-2煤上覆第四系厚度和基岩厚度。
高密度直流电法以对低阻体敏感，分辨率高而成为常用的探测富水性的方法，在陕北的多个 矿区（寸草塔、昌盛、马家塔、乌兰木伦、布连塔、韩家湾等）采用高密度电法探测主采煤 层顶板的富水性并且取得了较好的勘探效果。根据本次的探测任务，本次物探方法采用分辨 率较高的高密度直流电法。
不同岩性的地层具有不同的导电性。一般泥岩、粉砂岩、中粗砂岩其电阻率值是逐渐增高的 。本次电法勘探涉及的主要地层为第四系松散层和煤系地层，松散层不含水时的电阻率一般 较高，达几百甚至上千欧姆米，而当松散层含水性较好时，其电阻率会变得很低。煤系地层 的电阻率比较低，一般为几十欧姆米（煤层的电阻率较高）。这种纵向电性差异为基岩界面 的圈定提供了良好的物性基础。同时，在横向上岩层导电性相对均一，纵向上视电阻率的变 化规律基本一致，当地层中某些部位富水时，由于含水体具有良好导电性，它与围岩会产生 明显的电性差异。应用高密度直流电法探测技术采集岩石的视电阻率值，通过对所采集数据 进行定性和定量处理就可以发现富水低阻异常部位，这就是采用高密度直流电法探测富水异 常的地球物理前提。
3 方法特点
高密度电阻率法实际上是一种阵列勘探方法，本次高密度电法野外施工采用规则二维测网布 置，“线×点”为40m×10m，即设计线距40m，点距10m。野外测量时只需将全部电极(几十 至上百根)置于测点上，然后利用程控电极转换开关和微机工程电测仪便可实现数据的快速 和自动采集，当将测量结果送入微机后，还可对数据进行处理并给出关于地电断面分布的各 种图示结果。
3.1 异常划分原则
异常划分通常有2种途径来确定：①根据探测区内已知电性及水文地质条件来定；
②在 一个新的矿区，根据对实测曲线的数理统计分析计算得到。
3.2 资料处理
高密度三极直流电测深，野外实测的主要是电压（V）,电流（I），仪器自动转化为视电阻 率（ρs），将实测数据传入计算机进行预处理，绘制出实测数据构成的原始曲线——随 极距（视深度）变化的视电阻率曲线并整理成册，经检查、编录后输入到计算机进行滤波处 理、反演和转换计算，数据和图像处理采用了新的层析成像技术。现场采集数据使用先进的 直流电法专用软件进行处理和解释：①单独提取视电阻率中的含水信息——用于解释4- 2煤顶板潜在的导水通道，含水、导 水规律；
②立体成图——对测区不同深度进行类似“CT”成像的断面切片、平面切片， 分离出电性异常区域，可得到视电阻率断面图、低阻异常断面图、分层曲线图、平面图等， 进行准立体解释。
将实测资料利用先进的计算机技术，进行一系列处理后，形成一系列我们需要的定量图件。
如各线的视电阻率低阻异常等值线断面图，某一深度的视电阻率异常等值线平面图等，据此 进一步解释。
4 结束语
本次高密度电法勘探对4101工作面范围内4-2煤顶板以上富水性进行了探测，分析结果表明 第四系地层为本测区内主要含水层，解释了含水层的富水分布规律及上下连通情况、推断了 基岩厚度、第四系厚度及基岩界面，完成了本次工作预定的任务，可作为井下防治水工程设 计的物探依据。
但值得注意的是，高密度电法勘探富水异常区的依据是电阻率的相对高低，严格意义上讲是 电阻率变化反映的异常区。但是引起电阻率变化的因素是多样的，受施工条件的限制和多种 干扰因素的影响，电法探测成果往往存在一定程度的偏差，富水区的划分也是相对的。另外 ，电法探测的是地层在静态状况下的富含水情况，由于在回采过程中可能因地应力会发生变 化，从而产生一些裂隙，引起富含水情况发生变化，这也是难以预料的。因此对其分析和防 治应从多方面着手。
对于物探成果，一般应安排在重点异常部位选择性布置一定的验证工程，结合本测区的实际 特点和安全生产的需要，建议并做进一步水文地质调查与分析，采取针对性防治水措施。
