[发明专利]一种井下直流超前探测装置的设计方法

说明书

技术领域

本发明属于电和电磁法勘探领域，具体涉及一种井下直流超前探测技术。

背景技术

井下直流电法超前探测，是煤矿井下普遍应用的超前探测方法。特别是在钻孔探测可能引发突水、以及成本、工期，其他方法因金属构件、电磁噪声干扰，或者地球物理前提不具备的情况下，直流电法即成为超前探测最后的手段。传统的直流超前探测方法，大多采用单级-偶极装置，将发射电极置于掘进面附近、接收电极向远离掘进面方向移动，试图以此获得较长距离的超前探测能力^[1]。实际上地质异常体的电位异常主要分布在异常体附近^[2]，接收点附近地质体的异常响应往往会掩盖掘进面前方的异常，降低探测的精度，甚至造成误判。为了提高精度，直流超前探的单级-偶极装置已经发展到了七电极排列^[3]、或通过不同的成图方式区分前方异常体和后方异常体^[4]。但探测的基本方式未变，接收点附近地质体的异常影响仍然存在。为了消除这种影响，出现了将接收电极和发射电极均置于掘进面上的装置^[5]，但是这种装置缺乏纵深探测能力，没有通常意义上的探测距离估算标准。此外，这两种装置的探测视野比较狭窄，没有考虑超出掘进面的横向感知能力。

现有技术存在以下缺陷：

（1）现有的超前直流探测装置，采用单极-偶极方式，将发射电极布置在掘进面附近、接收电极后移，试图获得较长距离的纵向探测能力。这种装置易受后方异常体的影响，探测精度低，往往造成误判；或者将发射和接收电极均放置在掘进面上，避免了后方异常影响，但纵向探测距离很小，失去了超前探测的意义。这两种装置的探测视野比较狭窄，没有考虑超出掘进面的横向感知能力；

（2）在设计满足要求的装置过程中，三维数值模拟虽然可称为超前探测装置设计的有力工具，但直流探测装置可以有无限多种的电极组合，如无方法上的指导、缺乏发现途径，势必有无限多种模型需要计算，造成工作量巨大，且未必成功。

对比文件

[1] 岳建华, 刘树才. 矿井直流电法勘探. 徐州: 中国矿业大学出版社, 2000

[2] 高致宏, 闫述, 王秀臣, 张卜文. 巷道超前（电法）探测的应用现状与存在的问题. 煤炭技术, 2006, 25(5): 120-122

[3] 韩德品, 石亚丁. 一种在煤矿巷道内顺层超前探测含水构造的直流电法方法. 发明专利[申请号CN200910023258.2] 

[4] 李飞, 程久龙, 谭强, 李明星, 郑功, 王圣龙. 巷道掘进中电阻率法超前探测研究. 煤矿安全, 2012, 43(4): 30-34

[5] 阮百尧, 邓小康, 刘海飞, 周丽, 张力. 坑道直流电阻率超前聚焦探测新方法研究. 地球物理学报, 2009, 52(1): 289-296。

发明内容

本发明的目的在于提供一种井下直流超前探测装置及其设计方法，使井下直流超前探测装置具有纵深探测能力。

为了解决以上技术问题，本发明采用以下技术方案。

接收电极置于掘进面及附近区域：图1中的“1”和“2”区，发射电极的布置方法为：当忽略巷道的影响时，发射电极位置和超前探测距离之间与掘进面成反转镜像关系，纵向探测能力的获取具体包括以下步骤：

 发射电极从掘进面开始，沿巷道以纵向分辨率要求的间隔向反方向移动，电流场透入掘进面前方的深度由深到浅；发射电极每移动一次、接收电极接收一次；移动间隔越小纵向分辨率越高；发射电极的位置即为测点位置；发射电极位置与超前探测距离之间的关系为：发射电极在掘进面处时探测距离最大，发射电极离掘进面越远探测距离越小，发射电极离掘进面最远时探测距离最小，表1列出了发射电极位置与超前探测距离的关系；

表1 发射电极位置*与超前探测距离的关系