专利名称：井下电测深方法
技术领域：
本发明提出了一种适用于井下的电测深方法。
我国华北石灰二迭纪煤田下组煤(小青煤、大青煤、下架煤)接近奥陶纪石灰岩高压强含水层，随着开采深度的增加，奥陶纪石灰岩含水层内的水头压力越来越大(现可采深度的压力达到12～18kg/cm2)，在煤炭开采过程中，随时都有奥灰水突出和淹没矿井的危险。在带压开采过程中，探明巷道底板隔水层的厚度，裂隙构造发育程度以及由裂隙带和小断层造成的潜在突水点(如
图1所示)是矿井防治水和安全生产的重要任务。目前一般采用井下钻探的办法来探明上述地质构造，其缺点是费用高、效率低，设备笨重，不安全。
为了解决上述问题，我们在广泛调研的基础上，首次将地面电测深法应用于井下勘探并对其作了深入的研究。电测深法是通过对人工电场分布规律的研究，来寻找隐伏矿体和解决有关地质问题的一种地球物理勘探方法，其优点是仪器设备简单，工作效率高，目前已广泛地用于各种矿产的地面普查勘探，取得了很多好的成果。但是，经煤炭部专利服务中心为我们到中国专利局进行的计算机检索结果表明，没有发现一篇关于电测深法用于井下勘探的文献资料。
要把地面电测深法用于井下勘探，需要解决许多方面的技术问题，主要的技术问题是电测深曲线的解释方法和电测深法测量的供电方法。地面电测深勘探深度大(可达千米)，探测目标是一些较大的矿体和地质构造，一般都采用对数坐标绘制电测深曲线，因此，曲线上不能反映出较小的地质构造，而且现有的电测深曲线解释方法仅适用于解释较大的地质体和地质构造，还必须发展适合井下探测小构造的电测深曲线解释方法。目前地面直流电测深勘探一般都采用甲乙电池，用增减电池的办法改变供电电压。要把供电电压提高到400V，需要串接266节甲乙电池，每节电池约重1kg，体积约为0.012m3，总重量将达266kg，总体积达3m3，若用轻小的集装碱性电池，重量也达到150kg左右，这么大体积的电源用于地面勘探，可用汽车运输，但在井下狭窄的巷道内使用这种电源是非常困难的，而且加减电池也很不方便。
本发明的目的是发明一种适用于井下探测奥灰界面、隔水层内的裂隙带、小断层以及潜在突水点等小型地质构造的井下电测深方法。
本发明采用了一种直流升压供电装置，将一组蓄电池经振荡、交变、升压、整流变换为具有多个档次的可调直流升压电源;采用直角坐标绘制电测深曲线，横坐标X为视电阻率ρs，纵坐标Y(方向朝下)为测量深度AB/2;采用了一种能确定奥陶纪石灰岩高压含水层潜在突水点的电测深曲线解释方法，即根据该含水层的潜在突水点在电测深曲线上表现出的两个特征判断煤层底板岩层内的潜在突水点。特征之一是某一深度点上的视电阻率ρs由一般的电阻率值突然降低，电阻率降低幅度大于整个隔水层平均电阻率值的1/3(多在1/3～1/2之间)，特征之二是该点到奥陶纪石灰岩顶界面之间不存在高阻层，电测深曲线上表现为不出现大于一般电阻率值的高阻峰值，符合上述两特征的视电阻率ρs的突变点确定为奥陶纪石灰岩高压含水层的潜在突水点。
下面结合实施例和附图对发明作进一步的描述。
图1为煤层底板剖面图，1-下架煤层;2-煤层底板采后破坏深度;3-潜在突水点;4-异升高度;5-有效隔水层厚度;6-奥陶纪石灰岩高压含水层。
图2为电测深法的原理图。
图3为四极对称布置方式示意图。
图4为三极布置方式示意图。
图5为赤道偶极布置方式示意图。
图6为在直角坐标系内绘制的井下电测深曲线图，A-潜在突水点;B-奥陶纪石灰岩界面。
井下电测深勘探一般在巷道内进行，利用直流升压供电装置和供电电极AB对地供电，产生人工电场，利用直流电法仪和测量电极MN测量巷道底板任意两点间的电位差△U和人工电场的电流强度IAB，利用公式ρs＝K (△UMN)/(IAB) 计算出视电阻率ρs，其中K为电极装置系数，它与电极装置的布置方式有关。MN极距固定不变，AB极距按一定的偏移距扩大，测量深度H＝AB/2，对每一AB极距测量其对应深度点上的视电阻率ρs，随着电极AB的扩大，探测深度逐渐加大，最终在直角坐标内绘出该测点地层的视电阻率ρs随探测深度AB/2变化的电测深曲线，如图2所示。电极有多种布置方式，如四极对称布置方式、三极布置方式和赤道偶极布置方式等。
四极对称装置如图3所示，即电极A、M、N、B对称于中心点O(测量点)进行布置，MO＝ON，AO＝OB，测量电极MN的距离为供电电极AB距离的3～30分之一，一般选用10分之一。我国华北石炭二选纪煤田最下部的煤层底板距奥陶纪石灰岩高压含水层界面只有20m左右，在井下勘探时测量电极MN一般选用2m，供电电极AB的偏移距根据所需的探测深度和精度，一般采用2m、1m或0.5m。在同一测点上，随着供电电极AB的扩大，探测深度逐渐加大，探测深度H＝AB/2，四极对称电极装置系数K＝π (AM·AN)/(MN) 。三极布置方式如图4所示，这种电极布置方式与四极对称布置方式基本相同，只是将供电电极B事先设置在距离测量点3～5倍AO远处，在水平地层的情况下，三极装置与四极对称装置所测得的视电阻率值完全相同，三极装置系数K＝2π (AM·AN)/(MN) 。赤道偶极布置方式如图5所示，把四极对称装置的MN拿出AB之外，作为两个偶极子，一个供电(AB)，另一个测量(MN)，便构成了赤道偶极测深布置方式，AB中点到MN中点的距离称为电极距r，工作时，和四极对称测深一样，极距r是按几何级数由小至大逐渐增加，在MN偶极上观测电位差△U的变化，从而得出视电阻率ρs随极距r增大的变化曲线，赤道偶极装置系数K＝π (AN·AM)/(AN-AM) 。
本发明采用的直流升压供电装置是将一组26V的镉镍电池经振荡、交变、升压、整流变换为具有11个档次，电压可从10V变到400V的直流升压供电源。整个装置只有8kg重，体积为350×250×200mm，可根据供电电极AB的接地电阻大小，很方便地扳动旋钮改变供电电压，以达到满意的测量效果，工作之余进行充电，不需要经常更换电池，，在井下使用非常方便。
可利用常规的电测深曲线的解释方法确定含水层的界面和厚度，即根据电测深曲线上的拐点确定含水层界面和厚度。利用本发明提出的奥陶纪石灰岩高压含水层的潜在突水点在电测深曲线上反映出的两个主要特征，确定煤层底板由于裂隙带或小断层造成的潜在突水点。特征之一是某一深度点上的视电阻率值ρs由一般的电阻率值突然降低，电阻率降低幅度大于整个隔水层平均电阻率值的1/3(多在1/3～1/2之间)，特征之二是该点到奥陶纪石灰岩顶界面之间不存在高阻层，曲线上表现为不出现大于一般的电阻率值的高阻峰值，符合以上两个特征的视电阻率ρs突变点可确定为奥陶纪石灰岩高压含水层的潜在突水点，如图5所示。A点为潜在突水点，B点为奥陶纪石灰岩顶界面。潜在突水点A与奥陶纪石灰岩顶界面B之间的深度差的绝对值就是奥陶纪石灰岩高压含水层的异水高度，即高压水上升到底板岩层的具体高度，探明潜在突水点的位置和导升高度对于井下防治水和安全生产是十分重要的。
经过三年的研究和试验表明本发明提出的井下电测深法在探测巷道底板的隔水层厚度，奥灰水的潜在突水点和导升高度，探测巷道底板的隐伏断层构造和陷落柱以及寻找水源等方面获得了令人满意的结果。这种方法设备轻便，操作简单、用人少、速度快、测量结果直观，是煤矿井下防治水的一种行之有效的新方法。
权利要求
1.一种采用供电电极A和B、测量电极M和N以及直流电法仪的井下电测深方法，其特征在于(1)采用了直流升压供电装置，该装置将一组蓄电池经振荡、交变、升压、整流变换为具有多个档次的可调直流升压供电源；(2)采用了直角坐标绘制电测深曲线，横坐标X为视电阻率值ρs，纵坐标Y(方向朝下)为测量深度AB/2；(3)采用了确定奥陶纪石灰岩高压含水层的潜在突水点的电测深曲线解释方法，潜在突水点在电测深曲线上有两个主要特征特征之一是某一深度点上的视电阻率ρs由一般电阻率值突然变低，电阻率降低幅度大于整个隔水层平均电阻率值的1/3(多在1/3～1/2之间)；特征之二是该点到奥陶纪石灰岩顶界面之间不存在高阻层，曲线上表现为不出现大于一般电阻率值的高阻峰值，符合上述两个特征的视电阻率ρs突变点为奥陶纪石灰岩高压含水层的潜在突水点。
全文摘要
本发明公开了一种井下电测深方法，采用了直流升压供电装置和一种确定奥灰水的潜在突水点的电测深曲线解释方法，可用于探测井下巷道底板的隔水层厚度，奥灰水的潜在突水点和导水高度、探测巷道底板的隐伏断层构造和陷落柱以及寻找水源等。这种方法设备轻便、测量结果直观，是煤矿井下防治水的一种新方法。
文档编号G01V3/22GK1030982SQ87104959
公开日1989年2月8日 申请日期1987年7月27日 优先权日1987年7月27日
发明者刘全木, 徐启录, 王予泉 申请人:邯郸矿务局