电法在煤矿防治水中的应用

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1、电法勘探在煤矿防治水中的应用朱鲁山东科技大学地科学院山东科技大学一、电法勘探的分类山东科技大学电法勘探的分类方法分类（2）：天然场源法：自然电位法、大地电流法、大地电磁法等。人工场源法：电阻率法、激发极化法、电磁法等。电法勘探的分类方法分类（3）：传导类电法：电阻率法、充电法、自然电场法、激发极化法等。电阻率法：剖面法（二、三极剖面、联合剖面等）、测深法感应类电法：电磁剖面法（偶极剖面、航空电磁法等）电磁测深法（大地电磁测深、频率测深等）1、岩石的电阻率金属导电、半导体导电、固体电解质导电2、影响电阻率的因素成分和结构、含水性、温度、压力山东科技大学二

2、、电法勘探中的地球物理基础岩石的导电方式大致可分为以下三种：金属导电和半导体导电、溶液离子导电、固体电解质导电岩石的电阻率由组成岩石的矿物成分决定岩石和矿物的导电性或电阻率：取决于物质中电荷运移的难易程度。矿物的电阻率：金属导体：电阻率很小，例如：金的电阻率为210-8·m，铜的电阻率为1.2~3010-8·m。影响电阻率的因素（1）岩石电阻率与矿物成分的关系岩石电阻率与组成岩石的矿物的电阻率、矿物的含量和矿物的分布有关。当岩石中含有良导电矿物时，矿物导电性能能否对岩石电阻率的大小产生影响取决于良导矿物的分布状态和含量。如果岩石中的良

3、导矿物颗粒彼此隔离地分布着，且良导矿物的体积含量不大，那么岩石的电阻率基本上与所含的良导矿物无关，只有当良导矿物的体积含量较大时（大于30%），岩石的电阻率才会随良导矿物的体积含量的增大而逐渐降低。但是，如果良导矿物的电连通性较好，即使它们的体积含量并不大，岩石的电阻率也会随良导矿物含量的增加而急剧减小。（2）岩石电阻率与其含水性的关系沉积岩主要依靠孔隙水溶液来传导电流，因此岩层中水的导电性质将直接影响沉积岩的电阻率。在其他条件相同的情况下，岩层电阻率与岩层中水的电阻率成正比。影响水的导电性的主要因素是水中离子的浓度和水的温度。常见的岩层水一般含低或中

4、等浓度的离子，岩层中水的含盐浓度增大，离子数量随之增多，溶液导电性将变好。同时岩层中水的导电性还与温度有关，它的电阻率将随温度的升高而降低。这是因为，一方面水中盐类的溶解度随温度的升高而增大，致使溶液中离子数量增多；另一方面，温度的升高还会降低溶液粘度，加快离子的迁移速度。（3）岩石电阻率与层理的关系层理构造是大多数沉积岩和变质岩的典型特征，如砂岩、泥岩、片岩、板岩以及煤层等，它们均由很多薄层相互交替组成。这种岩石的电阻率具有明显的方向性，即沿层理方向和垂直层理方向岩石的导电性不同，称为岩石电阻率的各向异性。岩石电阻率的各向异性可用各向异性系数λ来表示

5、，定义为式中，ρn代表垂直层理方向上的平均电阻率，称为横向电阻率；ρt代表沿层理方向的平均电阻率，称为纵向电阻率。层状结构岩石模型（4）岩石电阻率与温度的关系岩石电阻率随温度的变化遵循导电理论的有关定理。电介质中离子的能动性随温度升高而增大，其运动能量积累到一定值时，很容易脱离晶格，因此导电性增强。半导体的温度升高时，导电区电子浓度增大，导电性也相应增大。如前所述，在低温条件下，含水岩石中水溶液的导电性随温度的升高而增大，这是由于温度升高导致水溶液浓度增大和粘滞度降低，水溶液中离子数量增多、活动性增强的缘故；当温度继续升高时，因水分蒸发，岩石电阻率略有

6、增加，只有温度继续升高时，电阻率才开始减小。例如，对油页岩进行加温实验时，温度升高到50～100℃时，试样的电阻率减小；温度继续升高至200℃时，试样电阻率增大；温度继续升高超过200℃时，试样电阻率急剧下降；当温度超过600℃后，试样电阻率又呈回升趋势。（5）岩石电阻率与压力的关系岩石原生结构破坏是压力作用下岩石性质变化的主要原因。根据压力特征，这种破坏可能是岩石的压实，孔隙收缩，颗粒接触面积的增大，形成裂隙组，或是个别区域之间粘结性减小等等。静水压力对岩石的压实作用最大，在静水压力作用下，岩石内出现残余变形，从而使孔隙度降低。此时压力对岩石电阻率的

7、影响与岩石内液体和气体的含量有关，往往随压力的增大，干燥或者稍许含水岩石的电阻率减小，这是由于孔隙度降低、颗粒间接触良好的原因。除此之外，岩石中孤立的含水孔隙在压力作用下闭合并形成连续的导电通路，也会使其电阻率减小。对于大多数岩石，当单轴压力由10Mpa增加到60Mpa时，可观测到岩石电阻率的剧烈变化。但是，某些粘土在压力作用下，由于孔隙中的水分被挤出，含水孔隙通道的截面缩小，从而使其电阻率增大。相反，在应力弱化作用下，岩石颗粒之间内部粘结性降低，致使岩石强度变小，岩石可碎性增强。当岩石内部裂隙发育但裂隙不充水时，岩石电阻率会增大，若裂隙充水，岩石电阻

8、率会显著减小。二、电法勘探中的地球物理基础3.计算公式山东科技大学三、高密度电阻率法1、基本原