CN114137036A - 一种基于邻源电位电阻率的注浆范围快速检测方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于邻源电位电阻率的注浆范围快速检测方法，通过AM数据采集方法进行各个测量电位的数据采集，然后对采集的数据采用邻源视电阻率方式进行分析，将供电电极设为A极，距离A极最近的测量电极为M极，然后距离M极最近的测量电极为N极，然后保持AMN间的相对距离不变，采用AMN间电极整体移动的跑极方式在测量电线上移动，最终能计算出所需注浆区域不同位置的视电阻率，经过反演后获得该区域注浆前后的电场分布，这种采集分析方式，能有效提高电法勘探的纵向分辨率和深部视电阻率值的信噪比；从而获得注浆后注浆浆液的扩散半径和空间分布形态，从而实现对采空区注浆后的注浆质量(即注浆扩散范围)进行快速及精准的检测。

Description

一种基于邻源电位电阻率的注浆范围快速检测方法
技术领域
本发明涉及一种工程地球物理领域的检测方法，具体是一种基于邻源电位电阻率的注浆范围快速检测方法。
背景技术
注浆是岩体裂隙进行加固的主要方法之一。因此注浆后对注浆效果进行评价是关键的过程，目前注浆质量的现场试验评价方法包括钻探法和地球物理勘探方法。其中钻探法原理简单，结果质感有效，但其施工成本较高且缺乏对注浆工程的过程控制和注浆工程质量的总体评价。而地球物理勘探方法具有指示明确、操作简单等优势，由地球物理勘探方法得到的结果也是重要的辅助性检测成果，对采空区注浆工后质量检测效果的宏观判断与定性评价都具有重要的参考意义，但是由于其勘探过程中采用的高密度直流电法存在采集速度较慢、电极极化和噪声干扰等问题，导致无法获得较多的地质电场数据，最终无法精确检测出注浆扩散半径及注浆在地层中的分布情况，从而无法对采空区注浆后的注浆质量(即注浆扩散范围)进行快速及精准的检测；因此如何提供一种改进的勘探方法能快速获取大量的地质电场数据，并且经过反演后能得出精确的注浆扩散半径及注浆在地层中的分布情况，最终实现对采空区注浆后的注浆质量(即注浆扩散范围)进行快速及精准的检测，是本行业的研究方向。
发明内容
针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种基于邻源电位电阻率的注浆范围快速检测方法，能快速获取大量的地质电场数据，并且经过反演后能得出精确的注浆扩散半径及注浆在地层中的分布情况，最终实现对采空区注浆后的注浆质量(即注浆扩散范围)进行快速及精准的检测。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于邻源电位电阻率的注浆范围快速检测方法，具体步骤为：
步骤一、先获取所需注浆区域的地质情况，然后确定注浆钻孔的位置并施工完成注浆钻孔，接着在地面上布设测量电线，测量电线上等间距设有J个测量电极；测量电线经过注浆钻孔，且使注浆钻孔处于测量电线的中间，然后将各个测量电极通过导线与电法仪连接，电法仪与远处的电源连接，并依次对各个测量电极顺序编号，完成并行电法勘探系统的布设过程，并在远离注浆钻孔的岩层选择位置放置参考电极；
步骤二、在未注浆之前，通过并行电法勘探系统并采用AM数据采集方法进行各个测量电位的数据采集，AM数据采集方法所采集的电位反映的是单点电源供电下的电场，其具体过程为对任一测量电极供电时，将该供电的测量电极设为A极，其余测量电极作为M极同时进行电位测量，完成后自动顺次切换下一测量电极进行供电并进行电位测量，如此循环，直至所有电极均完成供电及电位测量，完成数据采集工作；
步骤三、对步骤二采集数据进行解编和数据预处理，数据预处理包括曲线校正、道间均衡、同侧异常消除；
步骤四、采用邻源视电阻率方式对步骤三预处理后的数据进行分析，当1#测量电极供电时，即1#测量电极为A极，则其他任意一个测量电极的相对电位值为
Figure BDA0003381292410000021
j＝2,3……J；该相对电位值的计算公式为：
Figure BDA0003381292410000022
其中，UP为参考电极P的电位值，δ为随机噪声，
Figure BDA0003381292410000023
为1#测量电极供电时，测得的其他测量电极的电位值；由于参考电极的电位值UP在一个测量轮次内保持不变，设Ja为离供电电极A最近M极的电位号，Ja＝2,……，J-1；Jn为离Ja最近的测量电极N的电位号，JN＝3,4……J；保持AMN间的相对距离不变，采用AMN间电极整体移动的跑极方式，即当1#电极为A极时，M极为2#电极，N极为3#电极，通过步骤三获得对应测量电极的电位值，接着当2#电极为A极时，M极为3#电极，N极为4#电极，通过步骤三获得对应测量电极的电位值；如此循环，直至完成整个测量电线的跑极；则相邻测量电极的电位差UMN表示为：
Figure BDA0003381292410000024
接着根据上述公式能得出对应的
Figure BDA0003381292410000025
则各个测量电极对应位置的视电阻率表示为：
Figure BDA0003381292410000031
Figure BDA0003381292410000032
式中，I为电极供电的电流值，ka为装置系数；
步骤五、将步骤四获得的视电阻率进行反演计算，从而获得所需注浆区域在未注浆前的电场分布；
步骤六、通过注浆钻孔对所需注浆区域进行注浆，完成后重复步骤二至五，获得注浆后注浆区域的电场分布，设定注浆液和岩层各自的电场阈值，将注浆前后的各个位置的电场进行比值计算，并结合设定的阈值，最终得出注浆浆液的扩散半径和空间分布形态。
与现有技术相比，本发明将快速高密度电法采集和反演方法引入到注浆扩散半径预测中，先通过AM数据采集方法进行各个测量电位的数据采集，然后对采集的数据采用邻源视电阻率方式进行分析，将供电电极设为A极，距离A极最近的测量电极为M极，然后距离M极最近的测量电极为N极，然后保持AMN间的相对距离不变，采用AMN间电极整体移动的跑极方式在测量电线上移动，最终能计算出所需注浆区域不同位置的视电阻率，经过反演后获得该区域注浆前后的电场分布，这种采集分析方式，能有效提高电法勘探的纵向分辨率和深部视电阻率值的信噪比；从而获得注浆后注浆浆液的扩散半径和空间分布形态。另外采用本发明的方法进行注浆浆液扩散评价，可为钻孔注浆工艺提供全过程、高精度、可视化的浆液扩散信息，最终实现对采空区注浆后的注浆质量(即注浆扩散范围)进行快速及精准的检测。
附图说明
图1是本发明的施工示意图；
图2是采用本发明获得的注浆浆液的扩散半径和空间分布形态图。
具体实施方式
下面将对本发明作进一步说明。
实施例：如图1所示，本发明的具体步骤为：
步骤一、先获取所需注浆区域的地质情况，然后确定注浆钻孔的位置并施工完成注浆钻孔，接着在地面上布设测量电线，测量电线上等间距设有64个测量电极，相邻测量电极之间的间距为2m，则测量电线的探测长度为126m；测量电线经过注浆钻孔，且使注浆钻孔处于测量电线的中间，然后将各个测量电极通过导线与电法仪连接，电法仪与距离测量电线垂直距离300m的电源B连接，并依次对各个测量电极顺序编号，完成并行电法勘探系统的布设过程，并在远离注浆钻孔的岩层选择位置放置参考电极；
步骤二、在未注浆之前，通过并行电法勘探系统并采用AM数据采集方法进行各个测量电位的数据采集，AM数据采集方法所采集的电位反映的是单点电源供电下的电场，其具体过程为对任一测量电极供电时，将该供电的测量电极设为A极，其余测量电极作为M极同时进行电位测量，完成后自动顺次切换下一测量电极进行供电并进行电位测量，如此循环，直至所有电极均完成供电及电位测量，完成数据采集工作；
步骤三、对步骤二采集数据进行解编和数据预处理，数据预处理包括曲线校正、道间均衡、同侧异常消除；
步骤四、采用邻源视电阻率方式对步骤三预处理后的数据进行分析，当1#测量电极供电时，即1#测量电极为A极，则其他任意一个测量电极的相对电位值为
Figure BDA0003381292410000041
j＝2,3……J；该相对电位值的计算公式为：
Figure BDA0003381292410000042
其中，UP为参考电极P的电位值，δ为随机噪声，
Figure BDA0003381292410000043
为1#测量电极供电时，测得的其他测量电极的电位值；由于参考电极的电位值UP在一个测量轮次内保持不变，设Ja为离供电电极A最近M极的电位号，Ja＝2,……，J-1；Jn为离Ja最近的测量电极N的电位号，JN＝3,4……J；保持AMN间的相对距离不变，采用AMN间电极整体移动的跑极方式，即当1#电极为A极时，M极为2#电极，N极为3#电极，通过步骤三获得对应测量电极的电位值，接着当2#电极为A极时，M极为3#电极，N极为4#电极，通过步骤三获得对应测量电极的电位值；如此循环，直至完成整个测量电线的跑极；则相邻测量电极的电位差UMN表示为：
Figure BDA0003381292410000044
接着根据上述公式能得出对应的
Figure BDA0003381292410000051
则各个测量电极对应位置的视电阻率表示为：
Figure BDA0003381292410000052
Figure BDA0003381292410000053
式中，I为电极供电的电流值，ka为装置系数；
步骤五、将步骤四获得的视电阻率进行反演计算，从而获得所需注浆区域在未注浆前的电场分布；
步骤六、通过注浆钻孔对所需注浆区域进行注浆，完成后重复步骤二至五，获得注浆后注浆区域的电场分布，设定注浆液和岩层各自的电场阈值，将注浆前后的各个位置的电场进行比值计算，并结合设定的阈值划分颜色深浅，最终得出注浆浆液的扩散半径和空间分布形态，如图2所示。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (1)

1.一种基于邻源电位电阻率的注浆范围快速检测方法，其特征在于，具体步骤为：
步骤一、先获取所需注浆区域的地质情况，然后确定注浆钻孔的位置并施工完成注浆钻孔，接着在地面上布设测量电线，测量电线上等间距设有J个测量电极；测量电线经过注浆钻孔，且使注浆钻孔处于测量电线的中间，然后将各个测量电极通过导线与电法仪连接，电法仪与远处的电源连接，并依次对各个测量电极顺序编号，完成并行电法勘探系统的布设过程，并在远离注浆钻孔的岩层选择位置放置参考电极P；
步骤二、在未注浆之前，通过并行电法勘探系统并采用AM数据采集方法进行各个测量电位的数据采集，AM数据采集方法所采集的电位反映的是单点电源供电下的电场，其具体过程为对任一测量电极供电时，将该供电的测量电极设为A极，其余测量电极作为M极同时进行电位测量，完成后自动顺次切换下一测量电极进行供电并进行电位测量，如此循环，直至所有电极均完成供电及电位测量，完成数据采集工作；
步骤三、对步骤二采集数据进行解编和数据预处理，数据预处理包括曲线校正、道间均衡、同侧异常消除；
步骤四、采用邻源视电阻率方式对步骤三预处理后的数据进行分析，当1#测量电极供电时，即1#测量电极为A极，则其他任意一个测量电极的相对电位值为
Figure FDA0003381292400000011
该相对电位值的计算公式为：
Figure FDA0003381292400000012
其中，UP为参考电极P的电位值，δ为随机噪声，
Figure FDA0003381292400000013
为1#测量电极供电时，测得的其他测量电极的电位值；由于参考电极的电位值UP在一个测量轮次内保持不变，设Ja为离供电电极A最近M极的电位号，Ja＝2,……，J-1；Jn为离Ja最近的测量电极N的电位号，JN＝3,4……J；保持AMN间的相对距离不变，采用AMN间电极整体移动的跑极方式，即当1#电极为A极时，M极为2#电极，N极为3#电极，通过步骤三获得对应测量电极的电位值，接着当2#电极为A极时，M极为3#电极，N极为4#电极，通过步骤三获得对应测量电极的电位值；如此循环，直至完成整个测量电线的跑极；则相邻测量电极的电位差UMN表示为：
Figure FDA0003381292400000021
接着根据上述公式能得出对应的
Figure FDA0003381292400000022
则各个测量电极对应位置的视电阻率表示为：
Figure FDA0003381292400000023
Figure FDA0003381292400000024
式中，I为电极供电的电流值，ka为装置系数；
步骤五、将步骤四获得的视电阻率进行反演计算，从而获得所需注浆区域在未注浆前的电场分布；
步骤六、通过注浆钻孔对所需注浆区域进行注浆，完成后重复步骤二至五，获得注浆后注浆区域的电场分布，设定注浆液和岩层各自的电场阈值，将注浆前后的各个位置的电场进行比值计算，并结合设定的阈值，最终得出注浆浆液的扩散半径和空间分布形态。
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CN115791896A (zh) * 2022-11-23 2023-03-14 山东大学 基于电阻率检测的高温地层注浆扩散分析试验装置及方法
CN115791896B (zh) * 2022-11-23 2024-02-13 山东大学 基于电阻率检测的高温地层注浆扩散分析试验装置及方法

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