专利名称：干旱条件下矿区采动裂隙带地表含水性的电性识别方法
技术领域：
本发明涉及一种干旱条件下矿区采动裂隙带地表含水性的电性识别方法。
背景技术：
煤炭开采的生态脆弱区(例如，干旱条件下矿区采动裂隙带)由于其本身生态阈值较低，抗扰动能力差，煤炭资源的开采会对其造成不可逆的破坏。水资源贫乏、土地沙漠化和水土流失等环境地质问题，是制约矿区煤炭工业发展的重要因素，同时也是西部生态脆弱地区资源开发面临的紧迫问题。电法勘探是一种对介质含水性比较敏感的地球物理勘探方法，被较早的应用于水资源勘探与水文地质调查等，90年代以来，电法勘探技术飞快发展，图形图像化和数字化等相关的科学技术开始应用于电法勘探。
目前，电法勘探用于调查地层含水性是依据地层含水后电阻率变低来进行判别的，地层中低阻区被判别为有可能含水，但是，由于人们没有研究认识出地层含水率与电阻率变化之间的定量关系，因此，难以准确判定与评价地层的真实含水性，以至于在工程与环境等领域限制了电法勘探的应用效能。
发明内容
针对现有技术的问题，本发明的目的是提供一种干旱条件下矿区采动裂隙带地表含水性的电性识别方法。本发明提供的电性识别方法包括以下步骤a.利用高密度电法测量装置，测量矿区地表砂土层的电阻率，以得到第一电阻率数据；b.在测试现场采集多个地表砂土样品，检测多个不同含水率的地表砂土样品的电阻率，以得到第二电阻率数据；c.将第一电阻率数据与第二电阻率数据进行比对，得出矿区地表砂土层的含水率。优选地，多个不同含水率的地表砂土样品包括含水率为5%、10%、15%、20%、30 %、50 %及100%含水状况下的地表砂土样品中的若干个。优选地，采集地表砂土样品的个数大于或等于三个。优选地，在步骤a中，测试环境条件满足温度一20°C 60°C，湿度〈90%。优选地，所述高密度电法测量装置为温纳装置或施伦伯格装置。优选地，高密度电法测量装置包括电源、供电电极、测量电极、信号采集器，其中电源与供电电极连接；供电电极为成对设置、测量电极为成对设置；测量电极与信号采集器连接。优选地，信号采集器为电压表，所述电压表连接在两个测量电极之间。优选地，供电电极、测量电极布设在同一条测量线上。相对于现有技术，本发明通过现场高密度电法勘探获得地表层精细电阻率分布，利用实验室测试装备进行表层砂土不同含水率的电阻率参数测试，得出不同含水率的表层砂土的电阻率变化相关关系，进而利用此相关关系和现场实测电阻率分布定量判定勘探区地表含水性，实现电法勘探砂土层含水性的定量判别。
图I是本发明一种优选实施方式的电性识别方法的流程图；图2a、2b是本发明一种优选实施方式的电性识别方法中在现场所采用电阻率测量装置的示意图；图3是本发明一种优选实施方式的电性识别方法中实验室检测地表砂土样品的电阻率的装置示意图。
具体实施例方式图I是本发明一种优选实施方式的电性识别方法的流程图。如图所示，在步骤101，利用高密度电法测量装置，测量矿区地表砂土层的电阻率，得到第一电阻率数据。高密度电法是以岩土体的电性差异为基础的一种电探方法，根据在施加电场作用下地层传导电流的分布规律，推断地下具有不同电阻率的地质体的赋存情况。在利用高密度电法测量装置测量矿区地表砂土层的电阻率的一种实施例中开采工作面埋深为H米，工作面宽为X米，在工作面对应地表布设四条测量线，每条测量线上布设有多个电极，所述电极中有的作为向地下供电的供电电极，有的作为测量电极，如图2a、2b所示。每条测量线的长度可根据煤层埋深与采掘速度进行选取，对于机械化矿井推进速度快的区域，可以选择1000 2000米长的测量线。测量线起点距工作面切眼的距离为煤层埋深H，各测量线间距相等(约为工作面宽度的1/3)。第一测量线I与工作面下顺槽一致，第二测量线2、第三测量线3分别位于工作面内部，第四测量线4跨出回采工作面约1/6工作面宽度而处于未采区，第四测量线4主要用于了解回采对相邻边界的影响。当采煤工作面推进至测量线中部，高密度电法进行电阻率的数据采集。高密度电法测量装置可以使用温纳装置或施伦伯格装置。如图2a、2b所示，高密度电法测量装置包括电源10、供电电极20、测量电极30、信号采集器50。电源10和信号采集器50与供电电极20、测量电极30通过导线40连接。其中电源与供电电极连接；供电电极为成对设置、测量电极也成对设置；测量电极与信号采集器连接。三维高密度电法是以岩土体的电性差异为基础的一种电探方法，根据在施加电场作用下地层传导电流的分布规律，推断地下具有不同电阻率的地质体的赋存情况。通过A、B两点处的供电电极向地下提供电流I，然后在M、N两点处的测量电极间测量电位差V，从而可求得M、N点之间，即测量电极之间的视电阻率值。然后可以根据实测的视电阻率获得地层中的电阻率分布情况。每根测量线上，相邻两个电极之间的电极距可以为5m或10米，其他测试参数可以依据现场试验进行调试。在步骤102，在测试现场采集多个地表砂土样品，检测多个不同含水率的土壤试样的电阻率，得到第二电阻率数据。优选地，在测试现场采集地表砂土样品，样品数不少于3个。在实验室中进行砂土不同含水率下电阻率测试。优选地，分别测试砂土含水率为5%、10%、15%、20%、30%、50%及饱和(含水率为100%)含水状况下地表砂土样品的电阻率，即第二电阻率数据，从而得出不同含水率的电阻率分布。优选地，测试环境条件满足温度一 20°C 60°C，湿度〈90%。检测时，基于前述原理，供电电极，电流表测量其供电电流，信号采集器测量测量电极之间的电位差，然后计算得出电阻率值。其测试装置如图3所示，通过A、B两点处的供电电极向样品提供电流I，然后在M、N两点处的测量电极间的电位差V，从而通过M、N点之间的电压，计算电阻率值。在步骤103，将第一电阻率数据与第二电阻率数据进行比对，得出矿区地表砂土层的含水率。具体地，将第一电阻率数据中的电阻率与第二电阻率数据中的电阻率进行比对，找到第二电阻率数据中相同或相近的电阻率，进而获得与该第二电阻率数据中电阻率对应的含水率。在一个实施例中
根据地质资料，已知一个工作面开采的煤层埋深为约200米，工作面宽为300米，则在该工作面对应地表布设四条测量线，每根测量线根据煤层埋深与采掘速度选取为2000米长，测量线起点距工作面的切眼的距离为煤层埋深，即200米。各测量线之间的间距相等，为120米。第一测量线I与工作面下顺槽一致；第二测量线2、第三测量线3分别位于工作面内部；第四测量线4跨出回采工作面60米，处于未采区，以用于了解回采工作面对相邻边界的影响。当工作面回采800米时，进行4条测量线的高密度电法测量，高密度电法测量装置采用温纳装置，测得的数据经处理后可以获得各条测量线的视电阻率，进而得到电阻率。在本实施例中，另一方面，在测区采集地表砂土样品3组，浅层潜水2组。制成不同含水率的砂土试样，并对各个试样进行电阻率参数测试，测试结果显示砂土干燥态测定的电阻率值分布于5000 6500 Ω · m，含水率为5%时电阻率值分布于120 300 Ω · m ；含水率为10%时电阻率值分布于100 150 Ω ;含水率为15%时电阻率值分布于80 120 Ω ^m;含水率为20%时电阻率值分布于60 100 Ω · m ;含水率为30 %时电阻率值分布于40 60 Ω · m ;含水率为50 %时电阻率值分布于30 50 Ω · m ;在饱含水状态下(含水率为100%)电阻率值为20 40Ω ·πι。依此测定值与通过高密度电法测量获取的实测值对比，获得勘探区地表含水性分布的定量判定。尽管本发明是通过上述的优选实施方式进行描述的，但是其实现形式并不局限于上述的实施方式。应该认识到在不脱离本发明主旨的情况下，本领域技术人员可以对本发明做出不同的变化和修改。
权利要求
1.一种干旱条件下矿区采动裂隙带地表含水性的电性识别方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤 a.利用高密度电法测量装置，测量矿区地表砂土层的电阻率，以得到第一电阻率数据； b.在测试现场采集多个地表砂土样品，检测多个不同含水率的地表砂土样品的电阻率，以得到第二电阻率数据； c.将第一电阻率数据与第二电阻率数据进行比对，得出矿区地表砂土层的含水率。
2.根据权利要求I所述的方法，其特征在于，多个不同含水率的地表砂土样品包括含水率为5%、10%、15%、20%、30%、50%及100%含水状况下的地表砂土样品中的若干个。
3.根据权利要求I或2所述的方法，其特征在于，采集地表砂土样品的个数大于或等于三个。
4.根据权利要求I或2所述的方法，其特征在于，在步骤a中，测试环境条件满足 温度一20°C 60°C，湿度〈90%。
5.根据权利要求I或2所述的方法，其特征在于，所述高密度电法测量装置为温纳装置或施伦伯格装置。
6.根据权利要求I或2所述的方法，其特征在于，高密度电法测量装置包括电源、供电电极、测量电极、信号采集器，其中电源与供电电极连接；供电电极为成对设置、测量电极为成对设置；测量电极与信号采集器连接。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，信号采集器连接在两个测量电极之间，测量两个测量电极间电压值。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，供电电极、测量电极布设在同一条测量线上。
全文摘要
本发明公开的电性识别方法包括以下步骤利用高密度电法测量装置，测量矿区地表砂土层的电阻率，以得到第一电阻率数据；在测试现场采集多个地表砂土样品，检测多个不同含水率的地表砂土样品的电阻率，以得到第二电阻率数据；将第一电阻率数据与第二电阻率数据进行比对，得出矿区地表砂土层的含水率。本发明通过现场高密度电法勘探获得地表层精细电阻率分布，利用实验室测试装备进行表层砂土不同含水率的电阻率参数测试，得出不同含水率的表层砂土的电阻率变化相关关系，进而利用此相关关系和现场实测电阻率分布定量判定勘探区地表含水性，实现电法勘探砂土层含水性的定量判别。
文档编号G01V3/00GK102778480SQ20121025709
公开日2012年11月14日 申请日期2012年7月23日 优先权日2012年7月23日
发明者彭苏萍, 朱国维, 顾大钊 申请人:中国矿业大学(北京), 中国神华能源股份有限公司