井-间电阻率方法探测采空区研究

■朱强　张瑞　许颢砾

（中国矿业大学资源与地球科学学院　江苏　徐州　221116）

井-间电阻率方法探测采空区研究

■朱强张瑞许颢砾

（中国矿业大学资源与地球科学学院江苏徐州221116）

本文总结了矿井采空区的电性特点，并且在传统直流电探测的基础上，改进了传统电法观测方式，把电流电极和电位电极均放在井间，并分析了井间运用电阻率法在探测采空区上面的可操作性。提高电法探测的深度和分辨率，准确探测多层采空区。结果表明，井间电阻率法在探测采空区上具有很高的可操作性，能够得出探测区中所存在的采空区的范围。

井间电阻率法采空区电性特征

1　引言

采空区是指在煤矿作业过程中，将地下煤炭或煤矸石等开采完后留下的空洞或空腔。其灾害的主要表现形式有:片帮、冒顶、突水、地震、岩爆、冲击地压、地面塌陷、地面沉降、地裂缝以及由其导致的滑坡、泥石流、地表植被破坏等多种形式。此外,由于多年民采泛滥,遗弃有大量的采空区和巷道,并且无资料可查,这为系统分析和评价采空区的危害带来较大的困难。

2　采空区的电性特征

当采空区保存完整且基本上未充水时,在电性上是典型高阻体;采空区塌陷且基本上未充水时,亦为高阻体;而采空区充水或塌陷充水时,则将成为低阻体,且随水的含盐度与塌陷溶融状态而有程度上的不同。

3　方法原理及分析

其中EMN和jMN为测量电极间任意点沿测量电极MN方向的电场强度和电流密度分量；ρMN为测量电极间任意点的电阻率值；dl为测量电极间任意点沿测量电极MN方向的长度单元。最终以所测得各点的视电阻率绘制曲线图、剖面图等图件得出异常体的分布。

4　井间视电阻率法探测采空区正演模型

在一口钻井井1中布置供电电极A，另一口钻井井2中布置测量电极M，对每一个供电点对依次供电，而每次在所有测量电极M上都测量电位，然后将观测电位换算成视电阻率。

一般利用静像法来将观测电位U换算成视电阻率ρ，当供电点A和观测点M分别位于两口井中时，应用转换公式得到M点处的视电阻率ρ。

其中两个井的井间距为d；供电点A和观测点M的高程差为h；供电点A距离地面的距离为l；观测点M距离地面的距离是L；为观测点M测得的电位，i为观测点M测得的电流值。

最后应用井间成像技术，以南北方向为纵坐标，东西方向为横坐标绘制视电阻率等值线图。在等值线图上，那些圈闭就是异常体的位置。本文以此来探测采空区的位置。考虑到多层采空区的问题，当测量得到的数据处理后对比不同深度的视电阻率等值线图分析比较出多层采空区的纵向范围，同时也可以得到其横向的范围分布。

将电阻率法应用于井间，本文利用CAD绘制物理模型如图1，类似于地面电阻率法将电极紧贴井壁，通一定电压的直流电，接收电极接收。

图1　CAD井间电阻率法示意图

分析结果如下：

图2　异常区域电阻率等值线剖面图

由图2可以明显的看到异常体（采空区）的所在范围，由此可见，井间电阻率法具有较为灵敏地探测效果。

5　结论

井间电阻率法在测量采空区具有很好的可操作性，由于采空区与周围岩体之间的电阻率差异，再根据所得到的电阻率等值线剖面图，可以大致得出在所测地区采空区是否存在以及所存在的采空区的位置以及边界范围大小，并且我们能够根据所探测出采空区范围，采取相对防护措施，避免灾害发生。

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P62[文献码]B

1000-405X（2016）-9-289-2