電法探測(cè)凍結(jié)法施工效果技術(shù)應(yīng)用與研究(修改)

電法探測(cè)凍結(jié)法施工效果技術(shù)研究與應(yīng)用中煤邯鄲特殊鑿井有限公司北京科技大學(xué)2015年4月圖4-6。裝置系數(shù)，其中為電極間距，為隔離系數(shù)，，。將溫納裝置和斯龍貝格裝置結(jié)合，形成了溫納——斯龍貝格裝置，這種裝置型式經(jīng)過(guò)修飾，用在極距固定的系統(tǒng)中。隔離系數(shù)“n”是A，M和M，N間距的比值。斯龍貝格裝置的靈敏性模式同溫納裝置有輕微的不同，在測(cè)線的中央有輕微的垂直曲率，并且在A，B(和M，N)之間的區(qū)域靈敏性稍低，在M極和N極之間靈敏性高。這意味這這種裝置形式同時(shí)適用于水平和垂直結(jié)構(gòu)。在預(yù)期同時(shí)有兩種地質(zhì)結(jié)構(gòu)的時(shí)候，這種裝置形式是不錯(cuò)的選擇。在同樣的測(cè)線布置下，溫納——斯龍貝格裝置的中央探測(cè)深度比溫納裝置深10%，但信號(hào)強(qiáng)度比溫納裝置低，不過(guò)比偶極裝置要高。溫納裝置是這種裝置形式的一種特殊形式，隔離系數(shù)“n"=1。從數(shù)據(jù)的排列方式看，相對(duì)于溫納裝置，溫納一斯龍貝格裝置有稍好一些的水平覆蓋。溫納裝置的每層數(shù)據(jù)都比上一層數(shù)據(jù)少3個(gè)，而溫納一斯龍貝格裝置每層的數(shù)據(jù)則比上一層少2個(gè)，水平覆蓋的數(shù)據(jù)要比溫納裝置略寬，但比偶極——偶極裝置要窄。4.5數(shù)據(jù)反演方法介紹高密度電法測(cè)量得到的數(shù)據(jù)是各個(gè)電極在不同位置時(shí)測(cè)得的巖土體的視電阻率，還需要對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行反演，計(jì)算出巖土體的真實(shí)電阻率并以圖件形式顯示，直觀反映巖土體的電阻率變化。常用的反演方法有佐迪反演法和最小二乘反演法。1）、佐迪反演法佐迪反演用于二維視電阻率斷面中，迭代公式為：(4-17)其中，代表第行，第列的小單元，和分別代表第和第次迭帶所得的電阻率值，表示觀測(cè)電阻率值，表示用有限元計(jì)算得到的電阻率值。把觀測(cè)值作為初始模型，并將研究區(qū)域劃分為一系列的小單元，利用有限元正演模擬方法對(duì)初始模型進(jìn)行正演計(jì)算，得到斷面的一組理論視電阻率值。利用式4-17進(jìn)行調(diào)整，用調(diào)整后的視電阻率值作為模型，在此基礎(chǔ)上再做有限元正演計(jì)算，把這組理論視電阻率值與實(shí)際觀測(cè)值進(jìn)行比較，按式4-18計(jì)算均方根差，如果達(dá)到預(yù)先給定的誤差范圍，便終止計(jì)算，將斷面值作為實(shí)際的斷面分布保存下來(lái)，否則，繼續(xù)用公式4-17調(diào)整，直到誤差達(dá)到最小或預(yù)先定義的范圍內(nèi)為止。這里，參于反演迭代的小單元只限于勘探區(qū)內(nèi)，勘探區(qū)外的小單元的值都是通過(guò)插值得到的。(4-18)其中，m為勘探區(qū)內(nèi)單元總數(shù)。從式4-17可以看出，佐迪反演方法是用觀測(cè)值和計(jì)算值的比值作為系數(shù)，對(duì)迭代結(jié)果不斷進(jìn)行改正的過(guò)程，直到計(jì)算的結(jié)果和觀測(cè)的結(jié)果最為接近時(shí)，得到的迭代結(jié)果為最接近真實(shí)分布的地電斷面，實(shí)質(zhì)上是用實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)作為初始模型的自動(dòng)試錯(cuò)方法。佐迪反演法適用于呈層狀地質(zhì)異常體，反演次數(shù)在5～7次時(shí)為最佳選擇。當(dāng)反演次數(shù)過(guò)小時(shí)，異常體不明顯，而次數(shù)過(guò)大時(shí)，則會(huì)出現(xiàn)失真現(xiàn)象。2）、最小二乘反演法最小二乘反演法已經(jīng)發(fā)展到快速最小二乘反演法，其主要是以平滑限定的最小二乘方法為基礎(chǔ)，是對(duì)二維視電阻率斷面進(jìn)行反演的一種方法。反演過(guò)程不需要提供初始模型，在首次迭代時(shí)使用一均勻介質(zhì)地下模型作為初始模型，該模型的視電阻率偏導(dǎo)數(shù)值可以用解析法得到。在后面的迭代中，使用了擬牛頓法去修改每一次迭代的偏導(dǎo)數(shù)矩陣，避免了偏導(dǎo)數(shù)矩陣的直接計(jì)算，從而減少了計(jì)算時(shí)間和存儲(chǔ)空間。同時(shí)運(yùn)用擬牛頓矩陣校正技術(shù)解最小二乘方程組也減少了大量的計(jì)算時(shí)間。總之，該方法具有簡(jiǎn)單、快速、有效等優(yōu)點(diǎn)。最小二乘法簡(jiǎn)單的計(jì)算過(guò)程是:首先我們假設(shè)反演的視電阻率模型是由許多電阻率值為常數(shù)的矩形塊組成，通過(guò)迭代非線性最優(yōu)化方法確定每一小塊的電阻率值，這里我們利用了平滑限定條件下的最小二乘法，所求出的電阻率值與實(shí)際測(cè)量的視電阻率值將非常接近。平滑限定的最小二乘方法方程表示為:(4-19)其中，是雅可比偏微分矩陣;是阻尼因子;是測(cè)量視電阻率與計(jì)算視電阻率的對(duì)數(shù)差的偏差矢量;是模型參數(shù)的改正矢量;是二維平滑濾波因子。另外，在計(jì)算改正矢量過(guò)程中，所以電阻率值均為對(duì)數(shù)值。通常所采用的高斯一牛頓法，它的突出優(yōu)點(diǎn)是收斂快。但是，運(yùn)用牛頓法需要計(jì)算二階偏導(dǎo)數(shù)，而且目標(biāo)函數(shù)的海賽矩陣可能非正定。為了克服牛頓法的缺點(diǎn)，人們提出了擬牛頓法。它的基本思想是用不包含二階導(dǎo)數(shù)的矩陣近似牛頓法中的海賽(Hessian)矩陣的逆矩陣。高斯一牛頓法的另一缺點(diǎn)就是每次迭代時(shí)，雅可比矩陣必須被重新計(jì)算。擬牛頓法通過(guò)用校正法從而避免了雅可比矩陣的再計(jì)算。假設(shè)第一次迭代中初始模型的雅可比矩陣是可以利用的，后繼迭代的雅可比矩陣可用校正公式計(jì)算得到。最小二乘法適合于反演二極法和溫納法數(shù)據(jù)，反演次數(shù)在3～5次時(shí)為最佳選擇。當(dāng)反演次數(shù)過(guò)小時(shí)，異常體不明顯，而次數(shù)過(guò)大時(shí)，會(huì)出現(xiàn)失真現(xiàn)象。對(duì)于不同的地質(zhì)異常體而言，最小二乘法反演適用于洞室異常體;對(duì)于巖性異常界面兩種反演方法都有所欠缺，但最小二乘法反演結(jié)果相對(duì)較好。4.6工作流程AGI高密度電阻率成像系統(tǒng)得測(cè)量工作大致可以分為三個(gè)獨(dú)立的步驟：第一步，根據(jù)測(cè)量的范圍設(shè)計(jì)測(cè)量方式；第二步，現(xiàn)場(chǎng)布線設(shè)點(diǎn)以及測(cè)量；第三步，數(shù)據(jù)處理及反演計(jì)算。圖4-7AGI高密度電阻率測(cè)量系統(tǒng)實(shí)物及現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試圖①設(shè)計(jì)測(cè)量點(diǎn)數(shù)、范圍、方式，根據(jù)測(cè)量過(guò)程圖去判斷測(cè)量方式的可行性，同時(shí)調(diào)節(jié)相應(yīng)的參數(shù)，調(diào)節(jié)測(cè)量的范圍和方式。②完成設(shè)計(jì)測(cè)量方式后，保存該文件，同時(shí)利用PC機(jī)把該文件傳輸給AGI，以便根據(jù)該設(shè)計(jì)方案進(jìn)行實(shí)地測(cè)量。③根據(jù)設(shè)計(jì)范圍布點(diǎn)，首先用米尺測(cè)量出實(shí)地范圍，按照設(shè)計(jì)的間隔置入鋼釬，然后將探測(cè)電極夾在鋼釬上，將電極逐個(gè)串聯(lián)在一條剖線上，見(jiàn)圖3-8。為了減少接地電阻對(duì)探測(cè)結(jié)果精度的影響，必要時(shí)對(duì)鋼釬位置澆注少量的水，以保證接地電阻較小。圖4-8新型分布式智能化高密度電法儀結(jié)構(gòu)示意圖④將主機(jī)連接在測(cè)量剖線的電極上，然后開(kāi)機(jī)選擇設(shè)計(jì)好的命令方式進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量方式及過(guò)程模擬情況見(jiàn)圖4-9。圖4-9測(cè)量方式及過(guò)程模擬圖像⑤測(cè)量結(jié)束后將數(shù)據(jù)導(dǎo)出，可采用專業(yè)電阻率成像分析軟件進(jìn)行反演分析（分析結(jié)果示意圖見(jiàn)圖4-10）。本次探測(cè)數(shù)據(jù)擬采用美國(guó)AGI公司的EtherImager2D、3D軟件進(jìn)行反演分析。圖4-10AGI項(xiàng)目探測(cè)成果示意圖5、研究方案根據(jù)研究?jī)?nèi)容，項(xiàng)目組制定了詳細(xì)的工作方案。首先針對(duì)礦區(qū)地質(zhì)資料、工作面生產(chǎn)技術(shù)、凍結(jié)法施工方案等資料進(jìn)行整理和分析，其次對(duì)礦區(qū)地層巖土物理力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行室內(nèi)試驗(yàn)，重點(diǎn)研究巖土體凍結(jié)與未凍結(jié)狀態(tài)下的電性差異，然后進(jìn)行現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)。現(xiàn)場(chǎng)探測(cè)區(qū)域主要是針對(duì)袁大灘煤礦副斜井凍結(jié)施工第三段及第四段開(kāi)展，重點(diǎn)探測(cè)第三段及第四段地層凍結(jié)效果。探測(cè)剖線以地表第三段凍結(jié)右19號(hào)凍結(jié)管為中心點(diǎn)，分別向兩側(cè)以射線方式布置。探測(cè)剖線分為縱向剖線和橫向剖線，縱向剖線沿副井走向方向布置，布置7條剖線，橫向剖線沿副井軸向方向布置，布置7條剖線，各條探測(cè)剖線布置參數(shù)見(jiàn)表表5-1縱向剖線布置參數(shù)布置參數(shù)1234567長(zhǎng)度（米）156156156156156156156電極間距（米）3333333電極數(shù)量（個(gè)）52525252525252探測(cè)方法偶極溫納施倫貝格偶極溫納施倫貝格偶極溫納施倫貝格偶極溫納施倫貝格偶極溫納施倫貝格偶極溫納施倫貝格偶極溫納施倫貝格探測(cè)深度（米）35-4535-4535-4535-4535-4535-4535-45位置斜井中軸線右側(cè)9米斜井中軸線右側(cè)6米斜井中軸線右側(cè)3米斜井中軸線重合斜井中軸線左側(cè)3米斜井中軸線左側(cè)6米斜井中軸線左側(cè)9米表5-2橫向剖線布置參數(shù)布置參數(shù)1234567長(zhǎng)度（米）108108108108108108108電極間距（米）3333333電極數(shù)量（個(gè)）52525252525252探測(cè)方法偶極溫納施倫貝格偶極溫納施倫貝格偶極溫納施倫貝格偶極溫納施倫貝格偶極溫納施倫貝格偶極溫納施倫貝格偶極溫納施倫貝格探測(cè)深度（米）35-4535-4535-4535-4535-4535-4535-45位置第三段封孔重合第三段封孔左側(cè)3米第三段封孔左側(cè)6米第三段封孔左側(cè)9米第三段封孔左側(cè)12米第三段封孔左側(cè)15米第三段封孔右側(cè)3米圖5-1探測(cè)剖線布置圖6、室內(nèi)巖土電性測(cè)試為了獲取袁大灘現(xiàn)場(chǎng)巖土體電性參數(shù)，針對(duì)現(xiàn)場(chǎng)巖土體進(jìn)行了室內(nèi)巖土導(dǎo)電性質(zhì)試驗(yàn)；試驗(yàn)分為：（1）不同含水量下巖土體導(dǎo)電性質(zhì)試驗(yàn)（2）不同含水量下凍結(jié)巖土體導(dǎo)電性質(zhì)試驗(yàn)（3）不同含鹽量下巖土體導(dǎo)電性質(zhì)試驗(yàn)表6-1不同含水量下巖土體導(dǎo)電性質(zhì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)樣本含水量土的質(zhì)量（g）加水質(zhì)量（g）電阻率（Ω?m）狀態(tài)1-115%507.5784未飽和1-220%5010.0539未飽和1-325%5012.5265飽和圖6-1不同含水量下巖土體電導(dǎo)率曲線表6-2不同含水量下凍結(jié)巖土體導(dǎo)電性質(zhì)試驗(yàn)樣本含水率土的質(zhì)量（g）加水質(zhì)量（g）初始體積（ml）凍后體積（ml）電阻率（Ω?m）凍脹率（%）2-115%42.57.527.8028.0028220.722-220%40.010.026.8027.1024531.122-325%37.512.528.7829.3022181.81圖6-2不同含水量下凍結(jié)巖土體電導(dǎo)率曲線表6-3不同含鹽水量地層電阻率室內(nèi)測(cè)定表序號(hào)含鹽水率（%）電阻率（Ω?m）序號(hào)含鹽水率（%）電阻率（Ω?m）12%679.431122%12.0324%257.931224%8.3836%150.511326%7.7848%95.081428%6.85510%63.251530%6.46612%48.041632%5.85714%32.541734%4.71816%24.701836%4.51918%17.641938%4.301020%13.632040%4.10圖6-2不同含鹽水量下巖土體電導(dǎo)率曲線根據(jù)試驗(yàn)，可以得出袁大灘礦區(qū)巖土體自然狀態(tài)下電導(dǎo)率小于800歐姆米，凍結(jié)后巖土體的電導(dǎo)率在2000-3000歐姆米。7、探測(cè)數(shù)據(jù)分析7.1首次探測(cè)數(shù)據(jù)分析原始地層探測(cè)剖線是選擇沒(méi)有工程擾動(dòng)的地層進(jìn)行的，通過(guò)探測(cè)可以得出：原始地層電阻率水平向分布均勻，電阻率分布范圍在33.8-266歐姆米，地層自上而下電阻率分布逐步增大?？v向-1探測(cè)剖線是沿副井走向布置，距離右側(cè)邊排管外側(cè)4.2米，探測(cè)范圍在凍結(jié)區(qū)域以外，探測(cè)深度42米，探測(cè)區(qū)域視電阻率分布范圍在34-577歐姆米，在探測(cè)剖線60-72米范圍內(nèi)，在地表存在低阻體及在10-25米深度存在一個(gè)高阻體，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)確認(rèn)，該處高阻體為混凝土充填物，低阻體為混合鹽水的細(xì)砂充填物。在探測(cè)剖線76-84米，深度在7-15米范圍內(nèi)，存在一低阻體，推斷該低阻體為含鹽水區(qū)域?？v向-2探測(cè)剖線是沿副井走向布置，距離右側(cè)邊排管外側(cè)1.2米，探測(cè)范圍在凍結(jié)區(qū)域以內(nèi)，探測(cè)區(qū)域覆蓋第二凍結(jié)段、第三凍結(jié)段和第四凍結(jié)段，探測(cè)深度42米，探測(cè)區(qū)域視電阻率分布范圍在2.3-10000歐姆米，在探測(cè)剖線48米范圍，地層左右二側(cè)電阻率差異明顯，推斷是第二凍結(jié)段與第三凍結(jié)段的分界處；在探測(cè)剖線66-78米范圍內(nèi)，在地表存在低阻體，推斷為含鹽水區(qū)域；在探測(cè)剖線96米、114米及138米對(duì)應(yīng)深度8米左右地層，存在低阻異常體，推斷為含鹽水區(qū)域?？v向-3探測(cè)剖線是沿副井走向布置，距離右側(cè)中排管外側(cè)0.6米，探測(cè)范圍在凍結(jié)區(qū)域以內(nèi)，探測(cè)區(qū)域覆蓋第二凍結(jié)段、第三凍結(jié)段和第四凍結(jié)段，探測(cè)深度42米，探測(cè)區(qū)域視電阻率分布范圍在1.9-1374歐姆米，在探測(cè)剖線42米范圍，地層左右二側(cè)電阻率差異明顯，推斷是第二凍結(jié)段與第三凍結(jié)段的分界處；在探測(cè)剖線66-78米范圍內(nèi)，在地表存在低阻體，推斷為含鹽水區(qū)域；在探測(cè)剖線114米及138米對(duì)應(yīng)深度10米左右地層，存在低阻異常體，推斷為含鹽水區(qū)域?？v向-4探測(cè)剖線是沿副井走向布置，距離中排管外側(cè)0.8米，探測(cè)范圍在凍結(jié)區(qū)域以內(nèi)，探測(cè)區(qū)域覆蓋第二凍結(jié)段、第三凍結(jié)段和第四凍結(jié)段，探測(cè)深度42米，探測(cè)區(qū)域視電阻率分布范圍在1-10000歐姆米，在探測(cè)剖線48米范圍，地層左右二側(cè)電阻率差異明顯，推斷是第二凍結(jié)段與第三凍結(jié)段的分界處；在探測(cè)剖線60-72米范圍內(nèi)，在10-15米深度范圍存在低阻體，推斷為含鹽水區(qū)域；在探測(cè)剖線96米處，存在有低阻異常體，且該低阻異常體與地層下部呈現(xiàn)聯(lián)通現(xiàn)象，在工程中應(yīng)重點(diǎn)觀測(cè)該區(qū)域；在探測(cè)剖線114米及138米對(duì)應(yīng)深度10米左右地層，存在低阻異常體，推斷為含鹽水區(qū)域?？v向-5探測(cè)剖線是沿副井走向布置，距離左側(cè)中排管外側(cè)0.6米，探測(cè)范圍在凍結(jié)區(qū)域以內(nèi)，探測(cè)區(qū)域覆蓋第二凍結(jié)段、第三凍結(jié)段和第四凍結(jié)段，探測(cè)深度42米，探測(cè)區(qū)域視電阻率分布范圍在1.8-439歐姆米，在探測(cè)剖線48米范圍，地層左右二側(cè)電阻率差異明顯，推斷是第二凍結(jié)段與第三凍結(jié)段的分界處；在探測(cè)剖線66米及90米對(duì)應(yīng)深度12米左右地層，存在低阻異常體，但視電阻率在10歐姆米以上，推斷為臨近含鹽水層對(duì)該區(qū)域的影響。縱向-6探測(cè)剖線是沿副井走向布置，距離左側(cè)邊排管外側(cè)1.2米，探測(cè)范圍在凍結(jié)區(qū)域以內(nèi)，探測(cè)區(qū)域覆蓋第二凍結(jié)段、第三凍結(jié)段和第四凍結(jié)段，探測(cè)深度42米，探測(cè)區(qū)域視電阻率分布范圍在8.1-363歐姆米，在探測(cè)剖線54米范圍，地層左右二側(cè)電阻率差異明顯，推斷是第二凍結(jié)段與第三凍結(jié)段的分界處；在探測(cè)剖線72-78米范圍內(nèi)，在地表存在低阻體，推斷為含鹽水區(qū)域。縱向-7探測(cè)剖線是沿副井走向布置，距離左側(cè)邊排管外側(cè)7.2米，探測(cè)范圍在凍結(jié)區(qū)域以外，探測(cè)深度42米，探測(cè)區(qū)域視電阻率分布范圍在46.9-407歐姆米，該探測(cè)剖線所在區(qū)域在凍結(jié)區(qū)域以外，但與原始地層探測(cè)剖線對(duì)比，電阻率分布不均勻，推斷為凍結(jié)施工過(guò)程導(dǎo)致的地層擾動(dòng)及含水層位變化所致。橫向-1探測(cè)剖線是垂直于副井走向布置，距離第三段封孔左側(cè)18米，位于第三段凍結(jié)地層內(nèi)，探測(cè)深度28米，探測(cè)區(qū)域內(nèi)視電阻率分布范圍在3-625歐姆米，地表對(duì)應(yīng)40-56米范圍為凍結(jié)區(qū)域；在探測(cè)剖線47-51米，深度5-10米范圍內(nèi)，存在有一低阻異常體，推斷為含鹽水區(qū)域。橫向-2探測(cè)剖線是垂直于副井走向布置，距離第三段封孔左側(cè)15米，位于第三段凍結(jié)地層內(nèi)，探測(cè)深度28米，探測(cè)區(qū)域內(nèi)視電阻率分布范圍在2.4-496歐姆米，地表對(duì)應(yīng)40-56米范圍為凍結(jié)區(qū)域；在探測(cè)剖線47-51米，深度3-10米范圍內(nèi)，存在有一低阻異常體，推斷為含鹽水區(qū)域。橫向-3探測(cè)剖線是垂直于副井走向布置，距離第三段封孔左側(cè)12米，位于第三段凍結(jié)地層內(nèi)，探測(cè)深度28米，探測(cè)區(qū)域內(nèi)視電阻率分布范圍在1.2-567歐姆米，地表對(duì)應(yīng)40-56米范圍為凍結(jié)區(qū)域；在探測(cè)剖線46-50米，深度2-7米范圍內(nèi)，存在有一低阻異常體，推斷為含鹽水區(qū)域。橫向-4探測(cè)剖線是垂直于副井走向布置，距離第三段封孔左側(cè)9米，位于第三段凍結(jié)地層內(nèi)，探測(cè)深度28米，探測(cè)區(qū)域內(nèi)視電阻率分布范圍在2.2-448歐姆米，地表對(duì)應(yīng)40-56米范圍為凍結(jié)區(qū)域；在探測(cè)剖線52-56米，深度5米范圍內(nèi)，存在有一低阻異常體，推斷為含鹽水區(qū)域。橫向-5探測(cè)剖線是垂直于副井走向布置，距離第三段封孔左側(cè)6米，位于第三段凍結(jié)地層內(nèi)，探測(cè)深度28米，探測(cè)區(qū)域內(nèi)視電阻率分布范圍在1.6-457歐姆米，地表對(duì)應(yīng)24-40米范圍為凍結(jié)區(qū)域；在探測(cè)剖線28-32米，深度5米范圍內(nèi)，存在有一低阻異常體，推斷為含鹽水區(qū)域。橫向-6探測(cè)剖線是垂直于副井走向布置，距離第三段封孔左側(cè)3米，位于第三段凍結(jié)地層內(nèi)，探測(cè)深度28米，探測(cè)區(qū)域內(nèi)視電阻率分布范圍在2.6-1758歐姆米，地表對(duì)應(yīng)44-60米范圍為凍結(jié)區(qū)域；在探測(cè)剖線48-52米，深度3-10米范圍內(nèi)，存在有一低阻異常體，推斷為含鹽水區(qū)域。橫向-7探測(cè)剖線是垂直于副井走向布置，與第三段封孔位置中和，位于第三段凍結(jié)地層內(nèi)，探測(cè)深度28米，探測(cè)區(qū)域內(nèi)視電阻率分布范圍在2.6-1758歐姆米，地表對(duì)應(yīng)44-60米范圍為凍結(jié)區(qū)域；在探測(cè)剖線52-60米，深度3-10米范圍內(nèi)，存在有一低阻異常體，推斷為含鹽水區(qū)域。7.2探測(cè)數(shù)據(jù)三維分析將7條縱向探測(cè)數(shù)據(jù)擬合為三維數(shù)據(jù)后反演分析，反演地層視電阻率分布規(guī)律，探測(cè)凍結(jié)法施工效果情況。圖7-1縱向三維反演圖形圖7-2縱向三維Z方向切片圖形圖7-3縱向三維X方向切片圖形圖7-4凍結(jié)區(qū)域三維視電阻分布圖圖7-5未凍結(jié)區(qū)域三維視電阻分布圖根據(jù)三維反演分析圖形，在縱向探測(cè)區(qū)域內(nèi)，凍結(jié)深度約23-25米左右，凍結(jié)壁厚度達(dá)到設(shè)計(jì)要求，但在第三段與第四段之間，凍結(jié)壁厚度薄弱。7條橫向探測(cè)剖線位于第三段與第四段之間，將數(shù)據(jù)擬合為三維數(shù)據(jù)后反演分析，反演地層視電阻率分布規(guī)律，探測(cè)凍結(jié)法施工效果情況。圖7-6橫向三維反演圖形圖7-7橫向三維Z方向反演切片圖形圖7-8橫向三維X方向反演切片圖形圖7-9凍結(jié)區(qū)域三維視電阻分布圖在第三段與第四段之間布置橫向探測(cè)剖線，根據(jù)三維反演分析圖形，在垂深12-15米左右，凍結(jié)壁薄弱，與縱向三維反演圖形分析結(jié)果一致。7.3第四段凍結(jié)地層補(bǔ)充探測(cè)分析根據(jù)首次探測(cè)，在第四段凍結(jié)地層中，中7、中8、中9、中10、右中7、右中8、右中9、右中10凍結(jié)管附近，地層埋深5米以下，存在低阻異常體，且該異常體顯現(xiàn)于下部地層呈現(xiàn)連通性的現(xiàn)象，在該區(qū)域進(jìn)行補(bǔ)充探測(cè)工作，布置3條探測(cè)剖線，剖線以中9號(hào)凍結(jié)段為中心，分別在左右兩側(cè)間距3米處各布置一條探測(cè)剖線，3條探測(cè)剖線起點(diǎn)距離右側(cè)邊排凍結(jié)管25.2米。表7-1第四段補(bǔ)充剖線布置參數(shù)布置參數(shù)橫向-A橫向-B橫向-C長(zhǎng)度（米）108108108電極間距（米）333電極數(shù)量（個(gè)）282828探測(cè)方法偶極溫納施倫貝格偶極溫納施倫貝格偶極溫納施倫貝格探測(cè)深度（米）25-3025-3025-30位置橫向-B左側(cè)3米垂直于凍結(jié)孔，交點(diǎn)在中9號(hào)管橫向-B右側(cè)3米圖7-10補(bǔ)充探測(cè)剖線布置圖橫向-A探測(cè)剖線是垂直于副井走向布置，起點(diǎn)距離第四段右側(cè)邊排凍結(jié)管25.2米，平行于橫向-B，距離橫向-B左側(cè)3米，該探測(cè)剖線位于第四段凍結(jié)地層內(nèi)，探測(cè)深度28米，探測(cè)區(qū)域內(nèi)視電阻率分布范圍在17-904歐姆米，地表對(duì)應(yīng)22-38米范圍為凍結(jié)區(qū)域；在探測(cè)剖線26-32米，深度7米以下范圍內(nèi)的地層存在有明顯的低阻異常體，該低阻異常體與下部地層呈現(xiàn)聯(lián)通狀態(tài)，視電阻率在17-50歐母米范圍內(nèi)，與原始地層中含水層視電阻率相近，因此推斷為該地層還未完全凍結(jié)，建議對(duì)該區(qū)域進(jìn)行進(jìn)一步觀測(cè)。橫向-B探測(cè)剖線是垂直于副井走向布置，交于中9號(hào)凍結(jié)孔，起點(diǎn)距離第四段右側(cè)邊排凍結(jié)管25.2米，該探測(cè)剖線位于第四段凍結(jié)地層內(nèi)，探測(cè)深度28米，探測(cè)區(qū)域內(nèi)視電阻率分布范圍在19.7-596歐姆米，地表對(duì)應(yīng)22-38米范圍為凍結(jié)區(qū)域；在探測(cè)剖線28-32米，深度5米以下范圍內(nèi)的地層存在有明顯的低阻異常體，該低阻異常體與下部地層呈現(xiàn)聯(lián)通狀態(tài)，視電阻率在20-50歐母米范圍內(nèi)，與原始地層中含水層視電阻率相近，因此推斷為該地層還未完全凍結(jié)，建議對(duì)該區(qū)域進(jìn)行進(jìn)一步觀測(cè)。橫向-C探測(cè)剖線是垂直于副井走向布置，起點(diǎn)距離第四段右側(cè)邊排凍結(jié)管25.2米，平行于橫向-B，距離橫向-B右側(cè)3米，該探測(cè)剖線位于第四段凍結(jié)地層內(nèi)，探測(cè)深度28米，探測(cè)區(qū)域內(nèi)視電阻率分布范圍在16.7-755歐姆米，地表對(duì)應(yīng)22-38米范圍為凍結(jié)區(qū)域；在探測(cè)剖線26-32米，深度5米以下范圍內(nèi)的地層存在有明顯的低阻異常體，該低阻異常體與下部地層呈現(xiàn)聯(lián)通狀態(tài)，視電阻率在17-50歐母米范圍內(nèi)，與原始地層中含水層視電阻率相近，因此推斷為該地層還未完全凍結(jié)，建議對(duì)該區(qū)域進(jìn)行進(jìn)一步觀測(cè)。鹽水滲漏區(qū)平面分布圖圖7-11探測(cè)剖線分析圖7.4現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)效果檢驗(yàn)根據(jù)上述探測(cè)成果，初步掌握了鹽水滲漏區(qū)域位置、大小、范圍，同時(shí)對(duì)凍結(jié)壁的形成狀況有了一個(gè)全面了解。為此研究制定了在鹽水滲漏區(qū)外部打孔形成凍結(jié)壁的帷幕保護(hù)方案，有針對(duì)性地對(duì)凍結(jié)壁薄弱區(qū)域?qū)嵤┍Ｗo(hù)，有力地保證了凍結(jié)的安全。經(jīng)過(guò)帷幕鉆孔施工時(shí)實(shí)際檢驗(yàn)，利用電法所測(cè)得的鹽水滲漏區(qū)位置深度處均得到驗(yàn)證，探測(cè)所得的4-中9位置低阻抗區(qū)無(wú)鹽水，經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)打鉆檢查與探測(cè)結(jié)果完全一致。8、研究成果對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的指導(dǎo)通過(guò)對(duì)電法測(cè)量技術(shù)的研究?jī)?yōu)化測(cè)試數(shù)據(jù)處理軟件及各參數(shù)設(shè)置，成功地解決了現(xiàn)場(chǎng)技術(shù)難題，也為今后凍結(jié)施工效果探測(cè)提出了新思路找到了新方法，其研究結(jié)果給現(xiàn)場(chǎng)提供了如下具有重要價(jià)值的技術(shù)支持。1）根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，分析了地層凍土區(qū)域與非凍土區(qū)域的電性差異，基于地層的電性差異，利用高密度電法儀探測(cè)凍結(jié)壁形成現(xiàn)狀，取得了良好的探測(cè)效果。探測(cè)圖形象直觀數(shù)據(jù)可靠、準(zhǔn)確。2）通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)，找到了凍結(jié)壁中賦存的漏鹽區(qū)大小、位置、分布情況，為下一步施工措施及方案制定提供了有力支持，有力地保證了施工安全。3）通過(guò)實(shí)測(cè)揭示了在第三段右中15、右中16、右中17、右20、右21、右22、右23、封5、封6凍結(jié)管附近，地層埋深5-10米左右存在低阻異常體，在縱向2、縱向3、橫向4、橫向5探測(cè)剖線上，同時(shí)指向該異常體，推斷為低阻鹽水賦存區(qū)域。4）實(shí)測(cè)結(jié)果顯示，在第三段凍結(jié)地層中，右16、右17、右18、右19凍結(jié)管附近，地層埋深5-10米左右存在低阻異常體，在縱向2、縱向3、橫向3、橫向4探測(cè)剖線上，同時(shí)指向該異常體，推斷為低阻鹽水賦存區(qū)域。5）實(shí)測(cè)結(jié)果顯示，在第三段凍結(jié)地層中，中10、中11、中12、中13凍結(jié)管附近，地層埋深10-15米深度范圍內(nèi)，存在低阻異常體，在縱向4、橫向1、橫向2、橫向3探測(cè)剖線上，同時(shí)指向該異常體，推斷為低阻鹽水賦存區(qū)域。6）實(shí)測(cè)結(jié)果顯示，在第三段凍結(jié)地層中，中16、中17、左中16、左中17、左21、左22、左23、封1、封2、封3凍結(jié)管附近，地層埋深5-10米左右存在低阻異常體，在縱向5、縱向6、橫向6、橫向7探測(cè)剖線上，同時(shí)指向該異常體，推斷為低阻鹽水賦存區(qū)域。7）實(shí)測(cè)結(jié)果顯示、在第四段凍結(jié)地層中，中7、中8、中9、中10、中11、右中7、右中8、右中9、右中10、右中11凍結(jié)管附近，地層埋深5米以下，存在低阻異常體，且該異常體顯現(xiàn)于下部地層呈現(xiàn)連通性，在縱向3、縱向4、縱向5探測(cè)剖線上，以及補(bǔ)充探測(cè)剖線橫向-A、橫向-B、橫向-C同時(shí)指向該異常體，該低阻異常體視電阻率在17-50歐母米范圍內(nèi)，與原始地層中含水層視電阻率相近，因此推斷為該地層還未完全凍結(jié)，建議對(duì)該區(qū)域進(jìn)行進(jìn)一步觀測(cè)。8）實(shí)測(cè)結(jié)果顯示，在第三段凍結(jié)孔右22下部9.8米直至第四段凍結(jié)孔右1下部4.1米地層范圍內(nèi)，深度在3-15米范圍內(nèi)，存在有明顯的低阻異常體，在縱向1、縱向2、橫向6、橫向7號(hào)探測(cè)剖線上，同時(shí)指向該異常體，推斷為地層含水層與鹽水混合后賦存于凍結(jié)區(qū)域外的低阻體。上述所有判斷的漏鹽區(qū)位置大小經(jīng)過(guò)形成鉆孔施工均得到驗(yàn)證。特別是在4段中9孔附近電測(cè)顯示為未交圈區(qū)而非漏鹽區(qū)，通過(guò)專門(mén)打鉆證實(shí)確實(shí)無(wú)鹽水。電測(cè)法在袁大灘凍結(jié)檢測(cè)的首次研究與應(yīng)用有力地保證了礦井的安全，進(jìn)一步推動(dòng)了凍結(jié)技術(shù)的發(fā)展，開(kāi)創(chuàng)了凍結(jié)壁檢測(cè)的先河。9、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)效益及應(yīng)用推廣前景9.1經(jīng)濟(jì)效益高密度電法探測(cè)凍結(jié)法施工效果技術(shù)研究應(yīng)用于袁大灘礦區(qū)主、副斜井凍結(jié)工程中，利用