[发明专利]井下电测深方法

说明书

本发明提出了一种适用于井下的电测深方法。

我国华北石灰二迭纪煤田下组煤（小青煤、大青煤、下架煤）接近奥陶纪石灰岩高压强含水层，随着开采深度的增加，奥陶纪石灰岩含水层内的水头压力越来越大（现可采深度的压力达到12～18kg/cm²），在煤炭开采过程中，随时都有奥灰水突出和淹没矿井的危险。在带压开采过程中，探明巷道底板隔水层的厚度，裂隙构造发育程度以及由裂隙带和小断层造成的潜在突水点（如图1所示）是矿井防治水和安全生产的重要任务。目前一般采用井下钻探的办法来探明上述地质构造，其缺点是费用高、效率低，设备笨重，不安全。

为了解决上述问题，我们在广泛调研的基础上，首次将地面电测深法应用于井下勘探并对其作了深入的研究。电测深法是通过对人工电场分布规律的研究，来寻找隐伏矿体和解决有关地质问题的一种地球物理勘探方法，其优点是仪器设备简单，工作效率高，目前已广泛地用于各种矿产的地面普查勘探，取得了很多好的成果。但是，经煤炭部专利服务中心为我们到中国专利局进行的计算机检索结果表明，没有发现一篇关于电测深法用于井下勘探的文献资料。

要把地面电测深法用于井下勘探，需要解决许多方面的技术问题，主要的技术问题是电测深曲线的解释方法和电测深法测量的供电方法。地面电测深勘探深度大（可达千米），探测目标是一些较大的矿体和地质构造，一般都采用对数坐标绘制电测深曲线，因此，曲线上不能反映出较小的地质构造，而且现有的电测深曲线解释方法仅适用于解释较大的地质体和地质构造，还必须发展适合井下探测小构造的电测深曲线解释方法。目前地面直流电测深勘探一般都采用甲乙电池，用增减电池的办法改变供电电压。要把供电电压提高到400V，需要串接266节甲乙电池，每节电池约重1kg，体积约为0.012m³，总重量将达266kg，总体积达3m³，若用轻小的集装碱性电池，重量也达到150kg左右，这么大体积的电源用于地面勘探，可用汽车运输，但在井下狭窄的巷道内使用这种电源是非常困难的，而且加减电池也很不方便。

本发明的目的是发明一种适用于井下探测奥灰界面、隔水层内的裂隙带、小断层以及潜在突水点等小型地质构造的井下电测深方法。

本发明采用了一种直流升压供电装置，将一组蓄电池经振荡、交变、升压、整流变换为具有多个档次的可调直流升压电源;采用直角坐标绘制电测深曲线，横坐标X为视电阻率ρ_s，纵坐标Y（方向朝下）为测量深度AB/2;采用了一种能确定奥陶纪石灰岩高压含水层潜在突水点的电测深曲线解释方法，即根据该含水层的潜在突水点在电测深曲线上表现出的两个特征判断煤层底板岩层内的潜在突水点。特征之一是某一深度点上的视电阻率ρ_s由一般的电阻率值突然降低，电阻率降低幅度大于整个隔水层平均电阻率值的1/3（多在1/3～1/2之间），特征之二是该点到奥陶纪石灰岩顶界面之间不存在高阻层，电测深曲线上表现为不出现大于一般电阻率值的高阻峰值，符合上述两特征的视电阻率ρ_s的突变点确定为奥陶纪石灰岩高压含水层的潜在突水点。

下面结合实施例和附图对发明作进一步的描述。

图1为煤层底板剖面图，1-下架煤层;2-煤层底板采后破坏深度;3-潜在突水点;4-异升高度;5-有效隔水层厚度;6-奥陶纪石灰岩高压含水层。

图2为电测深法的原理图。

图3为四极对称布置方式示意图。

图4为三极布置方式示意图。

图5为赤道偶极布置方式示意图。

图6为在直角坐标系内绘制的井下电测深曲线图，A-潜在突水点;B-奥陶纪石灰岩界面。

井下电测深勘探一般在巷道内进行，利用直流升压供电装置和供电电极AB对地供电，产生人工电场，利用直流电法仪和测量电极MN测量巷道底板任意两点间的电位差△U和人工电场的电流强度I_AB，利用公式ρ_S＝K (ΔU_MN)/(I_A6) 计算出视电阻率ρ_s，其中K为电极装置系数，它与电极装置的布置方式有关。MN极距固定不变，AB极距按一定的偏移距扩大，测量深度HAB/2，对每一AB极距测量其对应深度点上的视电阻率ρ_s，随着电极AB的扩大，探测深度逐渐加大，最终在直角坐标内绘出该测点地层的视电阻率ρ_s随探测深度AB/2变化的电测深曲线，如图2所示。电极有多种布置方式，如四极对称布置方式、三极布置方式和赤道偶极布置方式等。