姚江宇　皇峰濤

摘要：文章通過討論巖層不同的電性特征，對直流電法在礦井巷道探測中的應用進行研究，并通過實例探討了測試中應注意的問題、測試與解譯方法。在研究直流電法探測中，要注意構(gòu)造、巖性與礦井水的關系，不同構(gòu)造的地質(zhì)表現(xiàn)形式對直流電法的探測有一定影響。

關鍵詞：直流電法；斷層探測；構(gòu)造

中圖分類號：TD82 文獻標識碼：A文章編號：1009-2374（2012）24-0125-02

石壕煤礦是一地質(zhì)條件中等復雜型礦井，地質(zhì)條件變化較大。在我礦的地質(zhì)工作中，礦井水的預防以及前方未知構(gòu)造的預測和判斷一直是我們工作的重點和難點。尤其隨著礦井服務的年限增加，開采向深部的進展，地質(zhì)及水文地質(zhì)條件越來越復雜。礦井水的防治及構(gòu)造的預測成為一項難度很大的工作。直流電法作為一種無損、易行、低價、直觀的探測手段，更是在其中發(fā)揮著重要作用。直流電法探測最初在我礦用于探水，但從對礦井水的探測結(jié)果中，我發(fā)現(xiàn)隨著巖層的巖性、層厚、膠結(jié)程度以及破碎程度的不同，所表現(xiàn)的電阻率也各不相同。而電阻率較低的區(qū)段，往往是因存在斷層所致。所以，我認為直流電法不僅可以單純地用來探測礦井水，也可向探測構(gòu)造，尤其是斷層方面進行發(fā)展。

1直流電阻率法的基本原理

在一定的范圍內(nèi)，大地的表層可以看作是“半無限均勻介質(zhì)”，地表供電電極將在地表一定深度范圍內(nèi)按特定規(guī)律分布電場、電流和電壓。直流電阻率法就是通過一定供電電極向地下供電，測量地表電流與電壓來計算地下電阻率值。在電法探測中，經(jīng)常使用四極裝置測量地層電阻率。設A、M、N、B四個電極按序排列在一條直線上，A、B是一對供電電極，M、N是一對測量電極，且兩電極對都對稱于中心O點（測點）。設測量電極MN間的電位差為ΔUMN，地中電流為I，則介質(zhì)的電阻

率為：

式中：為裝置系數(shù)。電極排列方式不同，裝置系數(shù)公式不同。由此可見，如果用儀器測出通過A、B電極供入地下的電流強度I，測出電場中地面上任意兩點M、N之間的電位差ΔU，并根據(jù)A、B、M、N之間的相互距離算出K值，就可以算出地下巖層的視電阻率。

2斷層的地質(zhì)表現(xiàn)形式

斷層的地質(zhì)表現(xiàn)形式與電性特征斷層的總體特征是二維板狀體向下延伸很深。相對于圍巖介質(zhì)的電阻率，斷層可表現(xiàn)為高阻斷層或低阻斷層，其決定于斷層的性質(zhì)、破碎帶寬度、膠結(jié)程度、含水特征、巖脈侵入等特性及圍巖電阻率特性。一般來說，新活動斷層電阻率值較低，斷層越老，膠結(jié)程度越強，電阻率值越高；斷層破碎帶越寬、越破碎，電阻率相對較?。坏叵潞偷乇硭截S富，電阻率越?。粡埿詳鄬由偎?，則為高阻，張性斷層富水，則為低阻；有巖脈順斷層侵入，多為高阻。當斷層破碎帶寬、斷層電阻率與兩側(cè)巖層電阻率差異明顯時，斷層表現(xiàn)為高阻或低阻板狀體；當斷層不發(fā)育或斷層電阻率與兩側(cè)巖層電阻率差異不明顯時，如果斷層兩側(cè)巖性不同，斷層將表現(xiàn)為巖性分界面；如果斷層兩側(cè)巖性相同且與斷層的電阻率差異不大時，電法探測將很難奏效。

3探測實例

3.1石壕煤礦三區(qū)皮帶下山直流電法三極超前探測實例分析

生產(chǎn)科于2006年6月18日在三區(qū)皮帶下山測8點前8米的正頭處進行探測后顯示：自探測點往前方30米范圍內(nèi)，其電阻率在90左右，相對比較穩(wěn)定。而30～35米之間出現(xiàn)異常，電阻率出現(xiàn)突然降低的現(xiàn)象，當時分析為局部有賦水。35米以后電阻率開始升高，達110～120左右。到55米后，又有下降的趨勢（見圖1）。后來經(jīng)過巷道掘進過此地段后，以探測結(jié)果和巷道素描圖相對比，可以看出前30米為在頂板中掘進，巖性為長石石英砂巖，產(chǎn)狀比較穩(wěn)定。由此可見，正常的頂板砂巖電阻率為90左右。在30～35米范圍內(nèi)則出現(xiàn)斷層破碎帶，而且有底板水涌出，水量為18m3/h，這就是電阻率突然降低的原因。而35米以后，進入煤層底板也就是斷層的上盤，巖性為泥巖、砂質(zhì)泥巖及其透鏡體。到55米再往后，開始逐漸接近煤層，此時，煤層賦水量加大，電阻率開始下降。

綜上所述，電阻率在頂板砂巖中所表現(xiàn)的電阻率在正常情況下為90左右，在底板泥巖中為110～120左右。但當巖層較破碎，膠結(jié)程度降低，含水量較

大的時候，則電阻率必然會出現(xiàn)相應的變動。

3.2石壕煤礦三區(qū)軌道下山直流電法探測實例

2006年10月8日在三區(qū)軌道下山軌13點前81米的正頭處進行探測后顯示：自探測點往前方15米范圍內(nèi)，其電阻率在125左右，相對比較穩(wěn)定，而15～18米之間出現(xiàn)異常，電阻率降低。18～30米之間電阻率達90左右。35～45米后，又有下降的趨勢。45米往后，電阻率非常復雜，見圖2：

圖２

后來經(jīng)過掘進揭示：前15米為煤層，其電阻率為125左右。在15米處內(nèi)則出現(xiàn)斷層面，而且底板泥巖上升，煤厚變薄，所以電阻率開始降低。而30米處，巷道左下角出現(xiàn)煤層，同時有水及瓦斯溢出。到45米再往后，巖層構(gòu)造極其復雜，其產(chǎn)狀由緩傾斜扭轉(zhuǎn)直至直立，層狀變薄，而且膠結(jié)程度降低，破碎程度加大。此段煤層位于巷道的左壁及

巷底。

4結(jié)語

從上述實例可以看出直流電法不單可以用來對礦井水進行探測，同時還可以對前方的構(gòu)造情況進行探測。作為一種價廉、無損、快速的探測手段，在構(gòu)造探測中能很好地發(fā)揮其作用。但隨著巖層的性質(zhì)、破碎帶寬度、膠結(jié)程度、含水特征等特性的變化，其探測結(jié)果也必將發(fā)生變化。這就要求我們在今后的工作中不斷加強學習，汲取新的知識來補充自己，提高本身的業(yè)務水平，不斷收集資料，積累經(jīng)驗，將探測資料和地質(zhì)資料相結(jié)合，這樣才可以更加詳細、準確地分析探測成果，為煤礦生產(chǎn)提供更加有效地地質(zhì)資料。

參考文獻

[1]傅良魁．電法勘探教程[M]．北京：地質(zhì)出版社，1990.

[2]許新剛，等．三維直流電法勘探在地下人防工程勘察中的應用[J]．物探與化探，2004，（2）.

作者簡介：姚江宇（1975-），男，河南伊川人，河南大有能源股份有限公司石壕煤礦地測科副科長，助理工程師，研究方向：防治水；皇鋒濤（1985-），男，河南鹿邑人，河南省三門峽市義煤集團澠池曹躍礦業(yè)有限責任公司地測部副部長，助理工程師，研究方向：工程地質(zhì)。

（責任編輯：文森）