隧道鉆孔超前探水預報新技術--劉春生(編輯修改稿)
2025-05-27 13:59 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 ，介質(zhì)物性差異越大、儀器精度越高，則探測深度越深。因此，三極法和瞬變電磁法用于超前深部探測時，常常被認為探測效果不佳。 武漢長盛工程檢測技術開發(fā)有限公司 隧道鉆孔超前探水預報新技術 研發(fā)鉆孔超前探水儀的起因之三 —— 鉆探與物探的結合 受施工空間的限制，巷道掘進中的前方水文地質(zhì)一直沒有有效的手段，普遍采用的手段就是在可疑區(qū)域打探孔，但是數(shù)量有限的探孔推斷前方水文地質(zhì)情況具有很大的局限性；針對這種情況，我們提出了利用有限數(shù)量的探孔進行電法超前探水預報，以評價掘進前方的水文地質(zhì)情況。 鉆孔物探：利用巷道超前的鉆孔進行物探，對鉆孔周圍和孔底 20~30米范圍內(nèi)進行精細掃描近距離探測，是鉆探和物探有機的結合，這樣既可提高物探的探測精度又可減少鉆探的鉆孔數(shù)量，做到掘進巷道超前精準探測。 武漢長盛工程檢測技術開發(fā)有限公司 隧道鉆孔超前探水預報新技術 二、 電阻率法理論基礎 ： 假設在均勻各向同性半空間巖體（電阻率 ρ １ ）中，巷道（掌子面）前方的地下隱患為一球體結構構造，其內(nèi)充填介質(zhì)電阻率為 ρ ２ 。當充填介質(zhì)為水或泥時， ρ ２ ρ １ ，為低阻異常體，當充填介質(zhì)為空氣時， ρ ２ρ １ ，為高阻異常體。原理見上圖。 左圖：原理圖 武漢長盛工程檢測技術開發(fā)有限公司 隧道鉆孔超前探水預報新技術 假設球心電位為零電位，可以計算地下介質(zhì)中球外順電流場方向指向球心的任意一點 P的電位： 式中， r0為球體隱患的半徑， r為觀測點距離球體中心的距離， h為 p點到球體表面的距離， j0為均勻電流場的電流密度，方向為隧道走向 x。式中第一項為球體存在時背景電位，第二項為異常電位。 (1) 電流場觀測示意圖 武漢長盛工程檢測技術開發(fā)有限公司 隧道鉆孔超前探水預報新技術 如果取電場強度為觀測信號，其表達式 ： 可求出電場強度異常百分比： 對地下空間任意一點，在電法勘探中存在電場強度與視電阻率關系： ρ s＝ E/j0 (4) 因此，電場強度的測量數(shù)據(jù)可以轉(zhuǎn)換成視電阻率結果，電場強度的異常變化率也可以相當于視電阻率異常的變化率。 (2) (3) 武漢長盛工程檢測技術開發(fā)有限公司 隧道鉆孔超前探水預報新技術 對于儲水隱患，如球體隱患半徑?。得?，內(nèi)充填水體電阻率５０歐姆米，圍巖電阻率為 1000歐姆米，電流密度取 ， r?。睹?~100米，如圖中所示橫坐標。根據(jù)公式３可計算觀測點 P的電場強度。 對于上述模擬隱患，在掌子面迫近隱患時，如圖中 40米至 6米時，電場強度急劇變化。 計算電場強度值圖 武漢長盛工程檢測技術開發(fā)有限公司 隧道鉆孔超前探水預報新技術 對于無充填溶洞等球狀隱患，球體隱患半徑取５米，空腔球體電阻率為無窮大（ ∞ ），圍巖電阻率為 1000歐姆米，電流密度取 ， r取６米~100米，如圖中所示橫坐標。根據(jù)公式３可計算觀測點 P的電場強度。 對于上述模擬隱患，在掌子面迫近隱患時，如圖中 40米至 6米時，電場強度急劇變化。 計算電場強度值圖 武漢長盛工程檢測技術開發(fā)有限公司 隧道鉆孔超前探水預報新技術 激發(fā)極化效應及其成因 法國地球物理學家 1912年第一次觀察到激發(fā)極化現(xiàn)象，在 1920年發(fā)表了經(jīng)典著作 《 電法勘探的研究 》 ，并對激發(fā)極化效應進行了確切的描述。到六十年代，激發(fā)極化法已成為有色金屬找礦的主要方法之一。激發(fā)極化法找水的研究始于 50年代的美國和蘇聯(lián)學者；我國自六七十年代開始，側重于理論和應用研究，發(fā)展迅速，并作為“找水新方法”得到大量實際應用。 激發(fā)極化效應（ IP）是由于外電流通過固、液相界面時引起可極化介質(zhì)的電荷轉(zhuǎn)化和遷移引起的，這一過程非常復雜而又多種多樣。目前把這一形成機制分為電子導體的激發(fā)極化和離子導體的激發(fā)極化。 三、激發(fā)極化法理論基礎： 武漢長盛工程檢測技術開發(fā)有限公司 隧道鉆孔超前探水預報新技術 A BM NKE+++++++++++++J0jI PΔ VI激發(fā)極化現(xiàn)象示意圖 激發(fā)極化時間域觀測結果示意圖 時間域激發(fā)極化法是在穩(wěn)定電流（或直流脈沖）的激發(fā)下，電流場中可極化介質(zhì)產(chǎn)生激發(fā)極化效應，研究電場隨時間變化 ( 充電和放電過程 ) 的特性，又稱為直流激發(fā)極化法。 時間域激發(fā)極化法： 武漢長盛工程檢測技術開發(fā)有限公司 隧道鉆孔超前探水預報新技術 頻率域激發(fā)極化是在交變電流激發(fā)下產(chǎn)生的激發(fā)極化效應，研究電場隨供電頻率變化的特性。當供電頻率很高時，激電效應趨向于零，總場等于一次場；當供電頻率很低時，相當于長時間單向供電，激發(fā)極化達到飽和。在頻率域，主要觀測視復電阻率（ ρ ）和視幅頻率（ F）。 四、技術方法的選取 1 選取頻率域激發(fā)極化法 理想條件下的時間域與頻率域的激電效應在本質(zhì)上是一致的，在數(shù)學
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