【摘要】：為研究煤巷含水地質(zhì)構(gòu)造雙頻激電探測中的頻域激發(fā)極化特性變化規(guī)律,指導(dǎo)動態(tài)電場激勵法開展煤礦井下工業(yè)性試驗(yàn)。據(jù)面極化體激發(fā)極化機(jī)理,分析煤巷圍巖介質(zhì)激電效應(yīng)等效電路,搭建含水地質(zhì)構(gòu)造物理模型等效的阻容網(wǎng)絡(luò)。根據(jù)給定參數(shù)的簡易阻容模型激電效應(yīng)試驗(yàn)與理論計(jì)算結(jié)果,確定最佳探測模擬測試方案,模擬不同規(guī)模含水地質(zhì)構(gòu)造激電效應(yīng)探測過程。結(jié)果表明:當(dāng)測量電極靠近含水異常體時(shí),視電阻率逐漸減小,而視幅頻率逐漸變大;當(dāng)異常體規(guī)模由大變小時(shí),在相同測點(diǎn)處視幅頻率減小,而視電阻率增大,當(dāng)測點(diǎn)距異常體2 m處,測得的視幅頻率由11.68%變?yōu)?.35%,而視電阻率由312.07Ω·m變?yōu)?20.37Ω·m,即視幅頻率對異常體規(guī)模變化更為敏感。
【圖文】：

Ｐ陀氳刃ё樅萃釻?1.1含水地質(zhì)構(gòu)造物理模型我國煤層不同地區(qū)賦存的地質(zhì)與水文地質(zhì)條件不同，礦井水害類型差別較大，目前占主導(dǎo)位置的水害類型主要有4種:主采煤層底板高承壓巖溶水突水水害、主采煤層頂板砂巖及其松散層孔隙水透水水害、廢棄小煤窯及老空區(qū)水潰水水害與地表水倒灌充水水害［9］。根據(jù)這4種地質(zhì)災(zāi)害礦井突水特征，結(jié)合煤巷探測實(shí)際，設(shè)S為沿巷道探測有效斷面積，煤巷掘進(jìn)面大小一般為3.5m×4m，考慮到探測斷面積S應(yīng)大于掘進(jìn)斷面積，取探測有效斷面5m×5m，構(gòu)造典型含水地質(zhì)構(gòu)造的理想物理模型如圖1所示。圖1含水地質(zhì)構(gòu)造物理模型1.2煤巷圍巖介質(zhì)面極化體激電效應(yīng)等效電路雙頻激電法屬于頻域激電法，激電法是發(fā)生在地質(zhì)介質(zhì)中因外界電流激發(fā)而引起介質(zhì)內(nèi)部出現(xiàn)電荷分化和轉(zhuǎn)移的一種復(fù)雜物理化學(xué)過程［10］。大量野外和室內(nèi)觀測資料表明，石墨和含碳巖石電子導(dǎo)體、地下水離子導(dǎo)體具有各不相同的激發(fā)極化性質(zhì)和特點(diǎn)，，石墨和含碳巖石屬于面極化，地下水屬于體極化，但從微觀上看，所有激發(fā)極化都是面極化的［3，11］，即把煤巷圍巖介質(zhì)的激發(fā)極化特性看為面極化。當(dāng)在階躍電流激發(fā)下，面極化體有一個(gè)充電和放電過程，其面極化阻抗是充電時(shí)間和放電時(shí)間的函數(shù)。根據(jù)激發(fā)極化機(jī)理，面極化阻抗k的復(fù)電阻率頻率特性［12］可表示為k(iω)=1k0+(iωx)[]c－1(1)其中:k0為充電達(dá)飽和時(shí)界面的面電阻;i為虛數(shù)單位;ω為角頻率;x為界面的面電容;c為頻率相關(guān)系數(shù)。即面極化復(fù)阻抗可用一個(gè)面電阻k0與面電抗(iωx)－c的并聯(lián)來等效，其激電效應(yīng)等效電路如圖2所示。因面極化體的物理化學(xué)特性與雙電層電容器的工作機(jī)理極其相似，雙電層電容器主要由極化電極、電解液、隔離膜等組?

2015年第4期煤炭科學(xué)技術(shù)第43卷圖2面極化體激電效應(yīng)等效電路測機(jī)理，在電場聚焦效應(yīng)下，與其他聚焦電法相類似，電流場像探照燈一樣主要沿掘進(jìn)斷面正前方向傳播［17－20］，沿掘進(jìn)工作面正前方電流密度遠(yuǎn)大于其圍巖四周的電流密度。此時(shí)，在計(jì)算地質(zhì)構(gòu)造的阻抗和容抗時(shí)，僅考慮沿掘進(jìn)正前方電流場流過不同地質(zhì)構(gòu)造所呈現(xiàn)的阻性和容性，而忽略其周圍圍巖的影響。根據(jù)含水地質(zhì)構(gòu)造物理模型，搭建探測地電測試模型，如圖3所示。設(shè)距離掘進(jìn)斷面正前方50m處存在斷面為25m2、長為1m的含水異常體。現(xiàn)采用電阻率剖面法(二極裝置)進(jìn)行測量，把位于掘進(jìn)斷面上的發(fā)射電極A作為阻容模型的正向輸入端，位于巷道后方無窮遠(yuǎn)處的接地電極B和測量電極N為負(fù)向輸入端(測量輸出一端);設(shè)聚焦電場可探測掘進(jìn)前方60m遠(yuǎn)，根據(jù)三維空間電流場電位分布性質(zhì)，無窮遠(yuǎn)處接地電極B和測量電極N可看成與掘進(jìn)前方60m處方位B'(或N')等效;位于掘進(jìn)斷面上或斷面后方某一處測量電極M的電位總可以與掘進(jìn)前方某一處M'的電位等效，即測量輸出另一端，構(gòu)造含水異常體地電測試模型如圖3所示。通過移動測量電極M，可使其等效電位M'逐漸靠近異常體，設(shè)從距掘進(jìn)斷面5m處開始逐漸靠近異常體，每隔2～5m測量一次，隨等效電位M'的變化，AM'段和M'N'段煤層阻容值大小也隨之發(fā)生變化，但異常體的阻性和容性保持不變。構(gòu)造含水異常體等效阻容模型網(wǎng)絡(luò)如圖4所示。圖3含水地質(zhì)構(gòu)造探測地電測試模型2激電效應(yīng)阻容模型測試方案設(shè)計(jì)2.1含水地質(zhì)構(gòu)造阻容模型參量確定等效阻容模型網(wǎng)絡(luò)煤層和含水異常體等效電阻大小可按電阻公式定義來計(jì)算圖4含水地質(zhì)構(gòu)造等效阻容模型網(wǎng)絡(luò)Ｒ=ρLS(2)其中:ρ為某介質(zhì)電阻的電阻率，Ω·m;L為電阻的長度，m;S為電阻的橫截面積，m2

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2554235