矿井中三维稳定电流场发布特征分析与超前探测研究

摘要

矿井中直流电阻率法超前探测是预测掘进工作面前方潜在灾害体的一种物探方法，该方法具有经济、快捷、方便及施工效率高等优点，但其在在理论研究方面(场分布特征)还不是很成熟。本文通过有限元数值模拟方法对巷道的影响、典型的地电模型进行了研究。
　　 先引出巷道影响因子的概念，研究巷道影响与巷道几何尺寸、供电点位置、围岩导电性及装置形式之间的关系。结果表明：巷道空腔的存在使稳定电流场的分布发生改变，尤其在巷道迎头附近影响极为严重，但随着电极距的增大巷道影响明显减小，当电极距增大到一定程度后，巷道影响可以忽略不计。分别用二极、三极两种装置形式探测，发现两种装置形式受巷道影响程度虽略有不同，但差异不大；改变巷道几何尺寸，发现巷道几何尺寸越大对电流场的分布影响越严重；采取单极在巷道底板中线上供电，供电位置分别选取距巷道掌子面0m、4m、8m的位置，发现在巷道掌子面处0m位置供电，巷道影响最严重，而另外两个供电位置，巷道影响相对较弱，且巷道影响也几乎一致；巷道围岩相对于上、下岩层为低阻时，围岩与上、下岩层导电性差异越大巷道影响越小，但巷道围岩相对于上、下岩层为高阻时，得到的结果正好相反。
　　 设计层状模型，研究其电流场的分布特征，在此基础上对典型地电模型进行了模拟分析。结果表明：全空间下的电流场分布特征与层状介质各层间电性、层厚有关；层状介质模型中的陷落柱、断层异常特征不仅与层状介质各层间电性、层厚有关，还与异常体(陷落柱、断层)的导电性、尺寸、形状、至巷道掌子面的距离等因素有关。由异常体距巷道掌子面的距离与电流场的异常特征(视电阻率曲线的极值点位置)的对应关系，得到二者的函数关系式。最后对实测数据进行了分析处理，依据矿区的地质、钻孔测井资料，建立层状地电模型，通过多次修改模型参数来实现正演拟合反演的目的，最后以最佳拟合来确定异常体的位置。