煤巷含水地质构造双频激电探测阻容模拟试验
【图文】：
Ｐ陀氲刃ё枞萃釻?1.1含水地质构造物理模型我国煤层不同地区赋存的地质与水文地质条件不同，矿井水害类型差别较大，目前占主导位置的水害类型主要有4种:主采煤层底板高承压岩溶水突水水害、主采煤层顶板砂岩及其松散层孔隙水透水水害、废弃小煤窑及老空区水溃水水害与地表水倒灌充水水害［9］。根据这4种地质灾害矿井突水特征，结合煤巷探测实际，设S为沿巷道探测有效断面积，煤巷掘进面大小一般为3.5m×4m，考虑到探测断面积S应大于掘进断面积，取探测有效断面5m×5m，构造典型含水地质构造的理想物理模型如图1所示。图1含水地质构造物理模型1.2煤巷围岩介质面极化体激电效应等效电路双频激电法属于频域激电法，激电法是发生在地质介质中因外界电流激发而引起介质内部出现电荷分化和转移的一种复杂物理化学过程［10］。大量野外和室内观测资料表明，石墨和含碳岩石电子导体、地下水离子导体具有各不相同的激发极化性质和特点，，石墨和含碳岩石属于面极化，地下水属于体极化，但从微观上看，所有激发极化都是面极化的［3，11］，即把煤巷围岩介质的激发极化特性看为面极化。当在阶跃电流激发下，面极化体有一个充电和放电过程，其面极化阻抗是充电时间和放电时间的函数。根据激发极化机理，面极化阻抗k的复电阻率频率特性［12］可表示为k(iω)=1k0+(iωx)[]c－1(1)其中:k0为充电达饱和时界面的面电阻;i为虚数单位;ω为角频率;x为界面的面电容;c为频率相关系数。即面极化复阻抗可用一个面电阻k0与面电抗(iωx)－c的并联来等效，其激电效应等效电路如图2所示。因面极化体的物理化学特性与双电层电容器的工作机理极其相似，双电层电容器主要由极化电极、电解液、隔离膜等组?
2015年第4期煤炭科学技术第43卷图2面极化体激电效应等效电路测机理，在电场聚焦效应下，与其他聚焦电法相类似，电流场像探照灯一样主要沿掘进断面正前方向传播［17－20］，沿掘进工作面正前方电流密度远大于其围岩四周的电流密度。此时，在计算地质构造的阻抗和容抗时，仅考虑沿掘进正前方电流场流过不同地质构造所呈现的阻性和容性，而忽略其周围围岩的影响。根据含水地质构造物理模型，搭建探测地电测试模型，如图3所示。设距离掘进断面正前方50m处存在断面为25m2、长为1m的含水异常体。现采用电阻率剖面法(二极装置)进行测量，把位于掘进断面上的发射电极A作为阻容模型的正向输入端，位于巷道后方无穷远处的接地电极B和测量电极N为负向输入端(测量输出一端);设聚焦电场可探测掘进前方60m远，根据三维空间电流场电位分布性质，无穷远处接地电极B和测量电极N可看成与掘进前方60m处方位B'(或N')等效;位于掘进断面上或断面后方某一处测量电极M的电位总可以与掘进前方某一处M'的电位等效，即测量输出另一端，构造含水异常体地电测试模型如图3所示。通过移动测量电极M，可使其等效电位M'逐渐靠近异常体，设从距掘进断面5m处开始逐渐靠近异常体，每隔2～5m测量一次，随等效电位M'的变化，AM'段和M'N'段煤层阻容值大小也随之发生变化，但异常体的阻性和容性保持不变。构造含水异常体等效阻容模型网络如图4所示。图3含水地质构造探测地电测试模型2激电效应阻容模型测试方案设计2.1含水地质构造阻容模型参量确定等效阻容模型网络煤层和含水异常体等效电阻大小可按电阻公式定义来计算图4含水地质构造等效阻容模型网络Ｒ=ρLS(2)其中:ρ为某介质电阻的电阻率，Ω·m;L为电阻的长度，m;S为电阻的横截面积，m2
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本文编号：2554235
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