[发明专利]坑道三方向视电阻率超前探测方法

说明书

本发明公开了一种坑道三方向视电阻率超前探测方法，适用于坑道等地下工程施工过程中坑道前方隐蔽灾害地质体及其赋水性探测：先在坑道内设计电法测线，在测线上依次布置s个供电点和n个测量点，并施工供电电极和三方向测量电极组；将供电电缆和接收电缆与电法仪连接，完成不同供电点的供电电流I与测量点三个方向的电位差ΔU_x、ΔU_y及ΔU_z数据采集，计算三方向视电阻率；再采用基于光滑约束的最小二乘反演算法对获得的三方向视电阻率数据进行反演，得到坑道掘进前方地质体的三维电阻率图像，提取坑道掘进前方水平和垂直电阻率剖面，判定坑道掘进前方隐蔽灾害地质体的空间位置及其赋水性，从而为坑道安全掘进提供技术参数。

技术领域

本发明涉及坑道掘进前方隐蔽灾害地质体及其赋水性超前探测技术领域，具体是坑道三方向视电阻率超前探测方法。

背景技术

矿山巷道及地面隧道等坑道掘进过程中频繁遭遇隐伏的断层、陷落柱、溶洞、软弱结构面、裂隙带等不良地质体，当上述地质体富水时常引发突水等严重的水害事故。因此，坑道超前探测是矿山及交通等工程领域的一项重要工作内容。目前，针对坑道掘进前方地质体赋水性探测的方法主要有地质雷达法、瞬变电磁法和直流电阻率法等。地质雷达法因受高频电磁波能量衰减快及介质不均匀等因素影响，其探测距离短、雷达波信噪比低，严重制约该方法探测能力；瞬变电磁法因浅部存在探测盲区且电磁场响应信号受坑道内金属干扰严重，实际探测效果不佳；直流电阻率法对地质体赋水性灵敏度高且探测距离较长，但现阶段该方法是通过在坑道后方底板布置电极，仅能观测沿坑道走向的单向视电阻率，而该视电阻率为地质体方位、倾角、至掘进工作面垂直距离、规模及电阻率等多个因素的综合影响，无法准确实现对地质体的空间定位，致使该方法超前探测精度较差。

针对上述存在的技术问题，目前已有相关专利：

中国专利授权公开号为CN103645514A中公开了一种多同性源电极阵列电阻率的地下工程超前探测方法及系统，其实质主要是直流电阻率法在隧道(巷道)超前预报中采用三极法的探测模式，即将供电正极A置于掌子面，供电负极B置于隧道后方“无穷远”处，测量电极M、N沿着隧道轴向移动测量。其中，测量电极M因布设在地下工程工作面上多条平行测线上，故构成阵列式测量电极系。实际工作时，电法仪器测量供电电极向大地供电的供电电流I与多条平行测线上的多个测量电极M与测量电极N间的电势差U_MN，根据视电阻率计算公式所得的视电阻率值仅为平行于隧道(坑道)走向的单方向的视电阻率值，故该方法对隐蔽地质异常体产状、规模和电阻率等参数的捕捉能力有限，对远处的异常体响应相对不敏感，无法准确实现对地质体的空间定位。

故基于现有直流电阻率超前探测方法的不足，本发明提出坑道三方向视电阻率超前探测方法，旨在提高对坑道掘进前方隐蔽地质体及其赋水性的探测精度。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明提供一种坑道三方向视电阻率超前探测方法，以解决传统直流电阻率超前探测方法对地质体的空间定位不足等问题，旨在提高对坑道掘进前方隐蔽地质体及其赋水性的探测分辨率。

为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：

本发明提供一种坑道三方向视电阻率超前探测方法，包括步骤：

(1)在坑道侧面与底面交线上沿x轴负方向布置一条电法测线，测线起点为坑道掘进工作面、侧面和底面的交点，即空间直角坐标系原点；

(2)从电法测线起点向坑道后方(即x轴负方向)按间距d依次布置s(2≤s≤4)个供电点和n(32≤n≤64)个测量点，按顺序编号为A₁、A₂……A_s，m₁、m₂、m₃、……、m_n-1、m_n；