矿井高密度电法研究

[摘要]矿井高密度电法通过布置在巷道底板的电极供电和进行位场测量，因为全空间内存在不导电巷道，必然会对全空间电流场分布和最终位场测量结果造成影响，研究巷道影响规律，寻找有效途径消除巷道影响。同时巷道内的干扰因素较地面的更为复杂，在数据采集和处理时要采取有针对性的处理办法。

[关键词]矿井高密度 巷道矫正方法 干扰因素

[中图分类号] TD163 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2015）-2-236-1

1矿井高密度电法可行性探究

电场在同一种介质空间中是均匀分布的，半空间电场分布规律满足公式U=■■，全空间电场分布满足公式U=■■，对比两式不难看出，半空间电场分布是全空间的2倍。但是在实际工作中则不然，这与供电电极距AB相对电极埋深H大小有关。假定空间内是均匀介质，由电流密度与视电阻率关系式ρs=■ρ0可知， ρs的大小只与jMN有关（其中ρ0是MN段真实电阻率，j0是均匀介质时电流密度值）。在半空间状态测量时，电极上方的空气可以视为绝对高阻，电流全部分布于电极下方空间，电流密度大，电阻率大。随着电极埋深逐渐增加，此时测量电极上方也有电流线通过，测量电极下方的电流密度减少，测量的视电阻率也逐渐减小。当电极埋深H远小于供电电极距AB时，即类似于地面半空间状态。当电极埋深H远大于4倍供电电极距AB时，电流线沿垂直电极AB连线的方向向外侧延伸，而且靠近供电电极AB密集，向外侧变的稀疏。并且在有效的范围内电流线分布密度不再变化，电场分布近似全空间状态。其他情况下随供电电极埋深逐渐增加，电场分布由半空间向全空间状态逐步转变。然而大多数矿井高密度电法勘探都是在巷道底板上测量，巷道的埋深也远大于4倍最大供电电极距。测量时随着隔离系数的增大，供电电极和测量电极距也随之增大。在巷道中形成的电场将遍布底板、侧帮、顶板等，电场分布逐渐趋于全空间状态，满足全空间电场的分布规律。

2巷道对直流电法的影响规律及校正方法

当均匀介质中存在巷道时，不导电巷道空间对全空间的电场分布产生“畸变”影响，巷道周围的电流线发生偏移。等势面不再是以供电电极中点为中心的对称面。这种无地质意义复杂的巷道影响非线性的叠加在全空间场效应之上，给矿井高密度资料解释带来困难，因此必须对巷道影响进行校正。

理想状况下的全空间电阻率计算公式（1）。对任何形式的供电测量装置，均可按公式（2）计算装置系数。将含有巷道影响的矿井实测视电阻率转换为无巷道影响全空间视电阻率，转换关系如公式（3）。不同极距受全空间效应和巷道空间影响不同， 而井下实际测量的视电阻率都是按半空间装置系数计算的， 文献[3] 对巷道空间的影响进行了系统探讨，并给出纯巷道空间影响的校正系数公式（4）。

其中■为巷道横截面积，当AB/2≥6■时， 由上式可知，α≤1.05说明电流场以全空间分布为主， 巷道空间的影响可忽略不计。根据稳定电流场的分布理论和直流电法勘探体积的概念， 当供电电极距与巷道横截面的边长相比较小时， 由于受巷道空间的排斥作用， 电流场呈半空间分布， 此时测得的矿井电测曲线主要为半空间效应的反映α=2；随着供电电极距的增大， 矿井电测曲线表现为全空间效应和巷道空间影响的综合反映， 巷道影响系数α 介于1 与2 之间； 而当供电电极距与巷道横截面的边长相比足够大时， 巷道影响可忽略不计， 此时α=1。

3高密度数据采集过程中的干扰因素及相应的处理方法

（1）矿井轨道车和其他用电设备引起的流散电流干扰。对于强脉冲型和似稳定的杂散电流，采用方波供电、多次叠加采集，可进行压制。（2）巷道内局部积水和潮湿地段，除引起表层电性较大的变化外，还有可能使供电线发生漏电，因此施工别注意供电电线和电极远离积水区。（3）巷道底板的铁轨对直流电场分布的影响。布设高密度电极时要求供电电极和测量电极相对铁轨距离固定。铁轨用铆钉固定在巷道底板，与底板接地良好，对井下电法观测结果可视为“区域”的背景。

4高密度电法在矿山巷道中的应用实例

4.1工作目的。本次实验依托常福龙金矿，在巷道底板布置高密度电法工作，利用电阻率剖面图，通过对资料的综合分析和解释，获得空间介质的物性特征。推测地质体的走向、分布、延展和规模。

4.2参数设置。高密度电法采用温纳装置，最小电极距5m、最大供电电压420V，设计采集层数16。使用冲击钻在巷道侧壁下方打孔以远离巷道底板积水，并向孔中灌入泥浆改善接地。

4.3数据处理。数据处理是利用该套仪器配置的处理软件Res2d进行反演，反演结果输出为Surfer软件能够直接调用的.dat格式的文件，再用Surfer软件绘制电阻率剖面图。最后利用电阻率剖面图结合地质资料进行综合解释工作。其处理流程见图1。

4.4资料解释。分析图2，该巷道存在两处低阻异常，1#异常区位于30m-120m，最小电阻率10Ω.m ，2#异常区位于170m-240m段落内，异常范围较1#大，异常区域未封闭，电阻率范围10-500Ω.m。结合地质资料推断两处低阻异常体均为变质粉砂岩，富水。

00-185段落内大范围的高阻区，最小视电阻率4500Ω.m。异常范围未封闭，推测为硅化角砾岩。

5结论

（1）巷道空间影响的校正系数公式对矿井高密度电法资料的处理与解释具有实际指导意义。（2）矿井高密度电法由于施工空间的特殊性和巷道及周围各种干扰因素的影响，实际施工困难大， 应采取有效措施压制干扰， 保证数据采集质量。（3）在今后的工作中，进一步研究巷道对不同装置采集数据的影响情况。

参考文献

[1]李耀光，全空间高密度电阻率法模拟试验及煤矿井下应用研究，2008.

[2]于景村，矿井直流电法勘探中应注意的几个问题，中国煤田地质，1998.

[3]岳建华， 李志聃 巷道空间对矿井电测结果影响的物理模拟实验研究，煤田地质与勘探， 1992.