高密度電阻率成像技術(shù)在老空區(qū)探測(cè)中的應(yīng)用

摘 要：高密度電法探測(cè)技術(shù)就是利用不同物質(zhì)電阻率大小不一樣的原理來(lái)探測(cè)水體，正常巖層中存在含水體，其電場(chǎng)響應(yīng)特征表現(xiàn)為視電阻率降低，富水性越強(qiáng)，視電阻率越低，通過高密度電阻率成像法探測(cè)，可以比較準(zhǔn)確地圈定低阻異常區(qū)，從而判斷是否存在含水體及含水程度，水體或者含水巖體電阻率在35Ω.m以下，然而巖體如果不含水電阻率能達(dá)到千Ω.m以上甚至更高。

關(guān)鍵詞：高密度電法；電阻率；老空區(qū)

引言

近年來(lái)煤礦采空區(qū)透水事故頻發(fā)，國(guó)家煤礦安全監(jiān)察局一直要求落實(shí)“預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、有疑必探、先探后掘、先治后采”十六字防治水方針。但在預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)這個(gè)環(huán)節(jié)沒有做扎實(shí)，讓礦山先探后掘很難落實(shí)，礦山一般均采用探水鉆探水，而施工工作量大，有時(shí)打5個(gè)鉆孔并不能探到水，因此礦山也疲于落實(shí)探放水措施。建議讓社會(huì)上的煤礦安全技術(shù)服務(wù)中心采用物探方法對(duì)礦山進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，煤礦結(jié)合預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)的結(jié)論有針對(duì)性的采取探水鉆探放水。

1 工作方法

高密度電阻率成像法一般采用溫納三電位電極系。三電位電極系是由溫納對(duì)稱四極裝置、偶極裝置、微分裝置組合而成的一種多裝置系統(tǒng)。在井下沿工作面回風(fēng)巷和運(yùn)輸巷布設(shè)測(cè)線，并按一定間隔布置好電極，觀測(cè)時(shí)只需要利用電極轉(zhuǎn)換開關(guān)，便可依次將四個(gè)按一定規(guī)律組合的電極進(jìn)行測(cè)量，從而在一個(gè)測(cè)點(diǎn)上獲得三個(gè)觀測(cè)系統(tǒng)的觀測(cè)值。

具體測(cè)量方法為：首先以固定點(diǎn)距沿巷道測(cè)線布置一系列電極，相鄰電極間距為x，取裝置電極距a=ix（i=1，2，…，n），將相距為a的一組電極排列經(jīng)轉(zhuǎn)換開關(guān)接到儀器上，通過轉(zhuǎn)換開關(guān)改變裝置類型，一次完成該測(cè)點(diǎn)各種裝置形式的視電阻率觀測(cè)（電極排列中點(diǎn)為測(cè)點(diǎn)或記錄點(diǎn)，記錄深度為a，圖1所示為i=2時(shí)a=2x，對(duì)于6號(hào)8號(hào)10號(hào)12號(hào)電極組成的排列， 9號(hào)點(diǎn)是該排列中點(diǎn)，即為記錄點(diǎn)，記錄深度為a=2x）；一個(gè)測(cè)點(diǎn)觀測(cè)完后，通過開關(guān)轉(zhuǎn)換到下一相鄰測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電極，以同樣方法進(jìn)行觀測(cè)，直到電極距為a的整條剖面觀測(cè)完為止。改變電極距，重復(fù)以上觀測(cè)，直到a=nx測(cè)量結(jié)束。

圖1 高密度電阻率成像法測(cè)量斷面示意圖

點(diǎn)距x的選擇，主要依據(jù)探測(cè)精度要求，精度要求越高，x應(yīng)越小。當(dāng)x確定后，最大電極距a=nx決定于預(yù)期探測(cè)深度，深度越深，a要求越大，但一般隔離系數(shù)n最大值不超過15為好。

煤礦井下工業(yè)電干擾極其嚴(yán)重，在測(cè)量方法上要采取一些技術(shù)措施，保證采集的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。

2 數(shù)據(jù)處理與資料解釋

高密度電阻率成像法數(shù)據(jù)處理主要是電阻率成像，根據(jù)測(cè)區(qū)巖層的正常電性特征，把電阻率成像斷面色譜圖分成正常區(qū)和異常區(qū)。對(duì)于異常區(qū)，按異常幅值的大小和高低劃分高阻異常和低阻異常，高阻異常一般是由局部巖性變化或不含水的斷裂破碎帶引起，這種異常體若在采礦活動(dòng)中形成不了突水通道，則對(duì)回采無(wú)不良影響。低阻異常一般是由含水體（如溶洞）、含水的斷裂破碎帶以及局部巖性變化引起，對(duì)于異常體為含水體時(shí)，回采工作面中一定要提前作好防治水工作，避免突水事故的發(fā)生。

3 應(yīng)用實(shí)例

某煤礦11501工作面鄰近采空區(qū)。為了確保該面安全開采，需要查清工作面底板巖層結(jié)構(gòu)弱面及富水性，為此，在已準(zhǔn)備的回風(fēng)巷、運(yùn)輸巷分別進(jìn)行高密度電阻率成像法探測(cè)（如圖2）。

現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集采用溫納四極裝置，為了提高精度測(cè)點(diǎn)距確定為2.5m，測(cè)線總長(zhǎng) 300m，為了保證深度最大隔離系數(shù)n=18，最大探測(cè)深度45m。數(shù)據(jù)采集過程中，工業(yè)電干擾嚴(yán)重，采取工作面斷電措施，確保數(shù)據(jù)精度可靠。圖2分別為11501工作面回風(fēng)巷和運(yùn)輸巷高密度電阻率成像斷面色譜圖，兩個(gè)斷面的電阻率分布形態(tài)相似，色譜圖電性分布全面反映出巷道底板以下巖層的巖性分布，淺部電阻率偏低，主要為3下煤層的反映；中部以下基本上反映了煤系砂巖電性特征。

4 結(jié)束語(yǔ)

從圖2可以看出比較明顯的三處低阻異常：測(cè)點(diǎn)XZ211+6.4m - XZ221+12m區(qū)段；測(cè)點(diǎn)XZ243+6m-XZ276+20.7m區(qū)段；測(cè)點(diǎn)XZ286+12m-XZ300+16m區(qū)段斷面深部有一明顯低阻區(qū)，其視電阻率小于35Ω*m正常巖層的電阻率，解釋為老空區(qū)含水體，異常區(qū)域較大，通道比較明顯，應(yīng)采用探水鉆探水。

從圖1.2可以看出比較明顯的低阻異常：測(cè)點(diǎn)XZ72+18m-XZ216+26.3m區(qū)段，其視電阻率小于35Ω*m正常巖層的電阻率，解釋為老空區(qū)含水體，異常區(qū)域較大，通道比較明顯，應(yīng)采用探水鉆探水。

作者簡(jiǎn)介：紀(jì)安（1989-），四川廣元人，助教，學(xué)士學(xué)位，云南能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院，長(zhǎng)期從事物探教學(xué)及研究工作。

摘 要：高密度電法探測(cè)技術(shù)就是利用不同物質(zhì)電阻率大小不一樣的原理來(lái)探測(cè)水體，正常巖層中存在含水體，其電場(chǎng)響應(yīng)特征表現(xiàn)為視電阻率降低，富水性越強(qiáng)，視電阻率越低，通過高密度電阻率成像法探測(cè)，可以比較準(zhǔn)確地圈定低阻異常區(qū)，從而判斷是否存在含水體及含水程度，水體或者含水巖體電阻率在35Ω.m以下，然而巖體如果不含水電阻率能達(dá)到千Ω.m以上甚至更高。

關(guān)鍵詞：高密度電法；電阻率；老空區(qū)

引言

近年來(lái)煤礦采空區(qū)透水事故頻發(fā)，國(guó)家煤礦安全監(jiān)察局一直要求落實(shí)“預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、有疑必探、先探后掘、先治后采”十六字防治水方針。但在預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)這個(gè)環(huán)節(jié)沒有做扎實(shí)，讓礦山先探后掘很難落實(shí)，礦山一般均采用探水鉆探水，而施工工作量大，有時(shí)打5個(gè)鉆孔并不能探到水，因此礦山也疲于落實(shí)探放水措施。建議讓社會(huì)上的煤礦安全技術(shù)服務(wù)中心采用物探方法對(duì)礦山進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，煤礦結(jié)合預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)的結(jié)論有針對(duì)性的采取探水鉆探放水。

1 工作方法

高密度電阻率成像法一般采用溫納三電位電極系。三電位電極系是由溫納對(duì)稱四極裝置、偶極裝置、微分裝置組合而成的一種多裝置系統(tǒng)。在井下沿工作面回風(fēng)巷和運(yùn)輸巷布設(shè)測(cè)線，并按一定間隔布置好電極，觀測(cè)時(shí)只需要利用電極轉(zhuǎn)換開關(guān)，便可依次將四個(gè)按一定規(guī)律組合的電極進(jìn)行測(cè)量，從而在一個(gè)測(cè)點(diǎn)上獲得三個(gè)觀測(cè)系統(tǒng)的觀測(cè)值。

具體測(cè)量方法為：首先以固定點(diǎn)距沿巷道測(cè)線布置一系列電極，相鄰電極間距為x，取裝置電極距a=ix（i=1，2，…，n），將相距為a的一組電極排列經(jīng)轉(zhuǎn)換開關(guān)接到儀器上，通過轉(zhuǎn)換開關(guān)改變裝置類型，一次完成該測(cè)點(diǎn)各種裝置形式的視電阻率觀測(cè)（電極排列中點(diǎn)為測(cè)點(diǎn)或記錄點(diǎn)，記錄深度為a，圖1所示為i=2時(shí)a=2x，對(duì)于6號(hào)8號(hào)10號(hào)12號(hào)電極組成的排列， 9號(hào)點(diǎn)是該排列中點(diǎn)，即為記錄點(diǎn)，記錄深度為a=2x）；一個(gè)測(cè)點(diǎn)觀測(cè)完后，通過開關(guān)轉(zhuǎn)換到下一相鄰測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電極，以同樣方法進(jìn)行觀測(cè)，直到電極距為a的整條剖面觀測(cè)完為止。改變電極距，重復(fù)以上觀測(cè)，直到a=nx測(cè)量結(jié)束。

圖1 高密度電阻率成像法測(cè)量斷面示意圖

點(diǎn)距x的選擇，主要依據(jù)探測(cè)精度要求，精度要求越高，x應(yīng)越小。當(dāng)x確定后，最大電極距a=nx決定于預(yù)期探測(cè)深度，深度越深，a要求越大，但一般隔離系數(shù)n最大值不超過15為好。

煤礦井下工業(yè)電干擾極其嚴(yán)重，在測(cè)量方法上要采取一些技術(shù)措施，保證采集的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。

2 數(shù)據(jù)處理與資料解釋

高密度電阻率成像法數(shù)據(jù)處理主要是電阻率成像，根據(jù)測(cè)區(qū)巖層的正常電性特征，把電阻率成像斷面色譜圖分成正常區(qū)和異常區(qū)。對(duì)于異常區(qū)，按異常幅值的大小和高低劃分高阻異常和低阻異常，高阻異常一般是由局部巖性變化或不含水的斷裂破碎帶引起，這種異常體若在采礦活動(dòng)中形成不了突水通道，則對(duì)回采無(wú)不良影響。低阻異常一般是由含水體（如溶洞）、含水的斷裂破碎帶以及局部巖性變化引起，對(duì)于異常體為含水體時(shí)，回采工作面中一定要提前作好防治水工作，避免突水事故的發(fā)生。

3 應(yīng)用實(shí)例

某煤礦11501工作面鄰近采空區(qū)。為了確保該面安全開采，需要查清工作面底板巖層結(jié)構(gòu)弱面及富水性，為此，在已準(zhǔn)備的回風(fēng)巷、運(yùn)輸巷分別進(jìn)行高密度電阻率成像法探測(cè)（如圖2）。

現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集采用溫納四極裝置，為了提高精度測(cè)點(diǎn)距確定為2.5m，測(cè)線總長(zhǎng) 300m，為了保證深度最大隔離系數(shù)n=18，最大探測(cè)深度45m。數(shù)據(jù)采集過程中，工業(yè)電干擾嚴(yán)重，采取工作面斷電措施，確保數(shù)據(jù)精度可靠。圖2分別為11501工作面回風(fēng)巷和運(yùn)輸巷高密度電阻率成像斷面色譜圖，兩個(gè)斷面的電阻率分布形態(tài)相似，色譜圖電性分布全面反映出巷道底板以下巖層的巖性分布，淺部電阻率偏低，主要為3下煤層的反映；中部以下基本上反映了煤系砂巖電性特征。

4 結(jié)束語(yǔ)

從圖2可以看出比較明顯的三處低阻異常：測(cè)點(diǎn)XZ211+6.4m - XZ221+12m區(qū)段；測(cè)點(diǎn)XZ243+6m-XZ276+20.7m區(qū)段；測(cè)點(diǎn)XZ286+12m-XZ300+16m區(qū)段斷面深部有一明顯低阻區(qū)，其視電阻率小于35Ω*m正常巖層的電阻率，解釋為老空區(qū)含水體，異常區(qū)域較大，通道比較明顯，應(yīng)采用探水鉆探水。

從圖1.2可以看出比較明顯的低阻異常：測(cè)點(diǎn)XZ72+18m-XZ216+26.3m區(qū)段，其視電阻率小于35Ω*m正常巖層的電阻率，解釋為老空區(qū)含水體，異常區(qū)域較大，通道比較明顯，應(yīng)采用探水鉆探水。

作者簡(jiǎn)介：紀(jì)安（1989-），四川廣元人，助教，學(xué)士學(xué)位，云南能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院，長(zhǎng)期從事物探教學(xué)及研究工作。

摘 要：高密度電法探測(cè)技術(shù)就是利用不同物質(zhì)電阻率大小不一樣的原理來(lái)探測(cè)水體，正常巖層中存在含水體，其電場(chǎng)響應(yīng)特征表現(xiàn)為視電阻率降低，富水性越強(qiáng)，視電阻率越低，通過高密度電阻率成像法探測(cè)，可以比較準(zhǔn)確地圈定低阻異常區(qū)，從而判斷是否存在含水體及含水程度，水體或者含水巖體電阻率在35Ω.m以下，然而巖體如果不含水電阻率能達(dá)到千Ω.m以上甚至更高。

關(guān)鍵詞：高密度電法；電阻率；老空區(qū)

引言

近年來(lái)煤礦采空區(qū)透水事故頻發(fā)，國(guó)家煤礦安全監(jiān)察局一直要求落實(shí)“預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)、有疑必探、先探后掘、先治后采”十六字防治水方針。但在預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)這個(gè)環(huán)節(jié)沒有做扎實(shí)，讓礦山先探后掘很難落實(shí)，礦山一般均采用探水鉆探水，而施工工作量大，有時(shí)打5個(gè)鉆孔并不能探到水，因此礦山也疲于落實(shí)探放水措施。建議讓社會(huì)上的煤礦安全技術(shù)服務(wù)中心采用物探方法對(duì)礦山進(jìn)行預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)，煤礦結(jié)合預(yù)測(cè)預(yù)報(bào)的結(jié)論有針對(duì)性的采取探水鉆探放水。

1 工作方法

高密度電阻率成像法一般采用溫納三電位電極系。三電位電極系是由溫納對(duì)稱四極裝置、偶極裝置、微分裝置組合而成的一種多裝置系統(tǒng)。在井下沿工作面回風(fēng)巷和運(yùn)輸巷布設(shè)測(cè)線，并按一定間隔布置好電極，觀測(cè)時(shí)只需要利用電極轉(zhuǎn)換開關(guān)，便可依次將四個(gè)按一定規(guī)律組合的電極進(jìn)行測(cè)量，從而在一個(gè)測(cè)點(diǎn)上獲得三個(gè)觀測(cè)系統(tǒng)的觀測(cè)值。

具體測(cè)量方法為：首先以固定點(diǎn)距沿巷道測(cè)線布置一系列電極，相鄰電極間距為x，取裝置電極距a=ix（i=1，2，…，n），將相距為a的一組電極排列經(jīng)轉(zhuǎn)換開關(guān)接到儀器上，通過轉(zhuǎn)換開關(guān)改變裝置類型，一次完成該測(cè)點(diǎn)各種裝置形式的視電阻率觀測(cè)（電極排列中點(diǎn)為測(cè)點(diǎn)或記錄點(diǎn)，記錄深度為a，圖1所示為i=2時(shí)a=2x，對(duì)于6號(hào)8號(hào)10號(hào)12號(hào)電極組成的排列， 9號(hào)點(diǎn)是該排列中點(diǎn)，即為記錄點(diǎn)，記錄深度為a=2x）；一個(gè)測(cè)點(diǎn)觀測(cè)完后，通過開關(guān)轉(zhuǎn)換到下一相鄰測(cè)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的電極，以同樣方法進(jìn)行觀測(cè)，直到電極距為a的整條剖面觀測(cè)完為止。改變電極距，重復(fù)以上觀測(cè)，直到a=nx測(cè)量結(jié)束。

圖1 高密度電阻率成像法測(cè)量斷面示意圖

點(diǎn)距x的選擇，主要依據(jù)探測(cè)精度要求，精度要求越高，x應(yīng)越小。當(dāng)x確定后，最大電極距a=nx決定于預(yù)期探測(cè)深度，深度越深，a要求越大，但一般隔離系數(shù)n最大值不超過15為好。

煤礦井下工業(yè)電干擾極其嚴(yán)重，在測(cè)量方法上要采取一些技術(shù)措施，保證采集的數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。

2 數(shù)據(jù)處理與資料解釋

高密度電阻率成像法數(shù)據(jù)處理主要是電阻率成像，根據(jù)測(cè)區(qū)巖層的正常電性特征，把電阻率成像斷面色譜圖分成正常區(qū)和異常區(qū)。對(duì)于異常區(qū)，按異常幅值的大小和高低劃分高阻異常和低阻異常，高阻異常一般是由局部巖性變化或不含水的斷裂破碎帶引起，這種異常體若在采礦活動(dòng)中形成不了突水通道，則對(duì)回采無(wú)不良影響。低阻異常一般是由含水體（如溶洞）、含水的斷裂破碎帶以及局部巖性變化引起，對(duì)于異常體為含水體時(shí)，回采工作面中一定要提前作好防治水工作，避免突水事故的發(fā)生。

3 應(yīng)用實(shí)例

某煤礦11501工作面鄰近采空區(qū)。為了確保該面安全開采，需要查清工作面底板巖層結(jié)構(gòu)弱面及富水性，為此，在已準(zhǔn)備的回風(fēng)巷、運(yùn)輸巷分別進(jìn)行高密度電阻率成像法探測(cè)（如圖2）。

現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集采用溫納四極裝置，為了提高精度測(cè)點(diǎn)距確定為2.5m，測(cè)線總長(zhǎng) 300m，為了保證深度最大隔離系數(shù)n=18，最大探測(cè)深度45m。數(shù)據(jù)采集過程中，工業(yè)電干擾嚴(yán)重，采取工作面斷電措施，確保數(shù)據(jù)精度可靠。圖2分別為11501工作面回風(fēng)巷和運(yùn)輸巷高密度電阻率成像斷面色譜圖，兩個(gè)斷面的電阻率分布形態(tài)相似，色譜圖電性分布全面反映出巷道底板以下巖層的巖性分布，淺部電阻率偏低，主要為3下煤層的反映；中部以下基本上反映了煤系砂巖電性特征。

4 結(jié)束語(yǔ)

從圖2可以看出比較明顯的三處低阻異常：測(cè)點(diǎn)XZ211+6.4m - XZ221+12m區(qū)段；測(cè)點(diǎn)XZ243+6m-XZ276+20.7m區(qū)段；測(cè)點(diǎn)XZ286+12m-XZ300+16m區(qū)段斷面深部有一明顯低阻區(qū)，其視電阻率小于35Ω*m正常巖層的電阻率，解釋為老空區(qū)含水體，異常區(qū)域較大，通道比較明顯，應(yīng)采用探水鉆探水。

從圖1.2可以看出比較明顯的低阻異常：測(cè)點(diǎn)XZ72+18m-XZ216+26.3m區(qū)段，其視電阻率小于35Ω*m正常巖層的電阻率，解釋為老空區(qū)含水體，異常區(qū)域較大，通道比較明顯，應(yīng)采用探水鉆探水。

作者簡(jiǎn)介：紀(jì)安（1989-），四川廣元人，助教，學(xué)士學(xué)位，云南能源職業(yè)技術(shù)學(xué)院，長(zhǎng)期從事物探教學(xué)及研究工作。