三维坑道直流聚焦法超前探测技术 - 物探与化探.pdf

　第３３卷第６期 物　探　与　化　探 Ｖｏｌ．３３，Ｎｏ．６　 　２００９年１２月 ＧＥＯＰＨＹＳＩＣＡＬ＆ＧＥＯＣＨＥＭＩＣＡＬＥＸＰＬＯＲＡＴＩＯＮ Ｄｅｃ．，２００９　 三维坑道直流聚焦法超前探测技术 １ ２ ２ 阮百尧 ，强建科 ，周俊杰 （１．桂林理工大学 资源与环境工程系，广西 桂林　５４１００４；２．中南大学 信息物理工程学院，湖南 长沙　４１００８３） 摘 要：对坑道超前探测方法中的三维坑道直流聚焦法的电极组合作了研究。计算、分析了２个同性点电源的电流 分布规律，指出由于电流的相互排斥作用，电流密度在这两个点电源的中垂线下一定深度处产生最大值，这个深度 与这两个点源之间的距离成正比。基于上述理由，设计出３种电极组合：四点电源、五点电源和九点电源布极方 式。用三维有限单元数值模拟的方法计算了上述３种电极系的空间电位分布，发现九点电源方式对电流聚束效果 较好，而且当主电极电流小于屏蔽电极电流时效果最好。 关键词：三维坑道直流聚焦法；坑道超前探测；电阻率法，电流聚焦 中图分类号：Ｐ６３１．３　　　文献标识码：Ａ　　　文章编号：１０００－８９１８（２００９）０６－０７２９－０４ 　　坑道超前探测在预报矿山、隧道、地下工程等地 够用于超前探测。 出现的地质灾害方面发挥了巨大作用，常用的有地 １　电流聚焦基本原理 震三分量ＴＳＰ法、无线电波透视法、探地雷达法、瞬 变电磁法、直流三极电测深法等，其中，直流电阻率 在常规测井中，为了确定地层电阻率的真值，必 法由于原理比较简单，得到了广泛应用。目前，聚焦 须要克服厚泥浆、侵入带的影响，因此发展了侧向聚 电流法运用于隧道超前探测的研究已经取得了很大 焦测井方法，如三侧向测井、七电极侧向测井、微侧 进展，德国ＧＥＯＨＹＤＲＡＵＬＩＣＤＡＴＡ公司在２００２年 向测井和微球形聚焦测井等。以上聚焦方法都有２ 推出世界上第一台基于聚焦电流频率域的激发极化 组同性电源，一组是主电极用，另一组是屏蔽电极 方法的电法隧道超前探测仪器ＢＥＡＭ（ｂｏｒｅｕｎｎｅｌｉｎｇ 用，由于电流线之间有相互排斥的作用，主电极流出 ［１］ 的电流几乎沿径向流入地层，这就大大降低了泥浆 ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌａｈｅａｄｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ） 。该探测仪既能克服 隧道有限观测空间的限制，又能避免旁侧影响，展示 和侵入带对视电阻率的影响。但在隧道超前探测 了聚焦电法广阔的应用前景。 中，电极系要位于掘进工作面上，如果采用板状或环 常用的三极超前预报法最大的缺点是误报率太 状电极，布置起来比较麻烦，因此，研究点电源的聚 高，因此要研究准确的直流电阻率超前探测方法技 焦作用是比较合适的。 术，必须建立在实际的三维坑道模型之上，用数值和 当地表有２个同性点电流源Ａ和Ａ′时（如图１ 物理模拟方法模拟确定各种不同坑道形态、不同旁 所示），在ＡＡ′的中垂线上，电流密度的矢量和为 侧影响、不同电极排列方式的电场分布情况，然后选 ｈ Ａ Ｉ ｈ Ｉ ｈ Ｊ ＝２Ｊｃｏｓ ＝２· ＝ 。 ｏ ｈ β ２ ２ ２ ３／２