本發(fā)明屬于地質(zhì)勘探
技術(shù)領(lǐng)域：
，尤其涉及一種電法勘探中電極接地電阻、電極間距的計(jì)算方法及野外電極布設(shè)方法。
背景技術(shù)：
：基建設(shè)施的避雷針設(shè)計(jì)、電氣設(shè)備接地等都需要對(duì)接地電阻有嚴(yán)格的要求，不同領(lǐng)域的應(yīng)用，由于接地體的不同，獲得相應(yīng)工程適用的接地電阻的計(jì)算公式也不同，由于電法勘探發(fā)射電極與其他領(lǐng)域應(yīng)用的電極無論從施工方法還是電極材料，工藝與形狀都不同，所以其他領(lǐng)域上應(yīng)用的接地電阻計(jì)算公式只能作為一個(gè)參考，并不適用于電法勘探用的發(fā)射電極接地電阻的計(jì)算。對(duì)于電法勘探的發(fā)射機(jī)而言，接地電阻的處理是決定施工質(zhì)量的重要一環(huán)。沒有處理好接地電阻，就可能導(dǎo)致無法正常施工作業(yè)。從目前我國電法勘探工作者野外施工來看，普遍存在對(duì)接地電阻的認(rèn)識(shí)僅存在于定性的角度。由于沒有合適的理論公式的指導(dǎo)，施工人員通常憑經(jīng)驗(yàn)或感覺來處理電極，要么就把電極鋪得很大，要么就是到處挖電極坑，這種做法不僅極大地浪費(fèi)了施工材料，也加大了施工人員的勞動(dòng)強(qiáng)度?；诖耍斜匾峁┮环N應(yīng)用于電法勘探中發(fā)射電極接地電阻的計(jì)算方法，實(shí)現(xiàn)快速計(jì)算電極的接地電阻，減少電法勘探中施工材料浪費(fèi)；進(jìn)一步地，在電法勘探中多電極條件下，為減弱極間屏蔽效應(yīng)的影響，提供一種電極間距的計(jì)算方法，快速計(jì)算電極間距，降低施工強(qiáng)度。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的主要目的在于提供一種電極接地電阻的計(jì)算方法，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中無法快速計(jì)算電極的接地電阻，造成施工材料浪費(fèi)的技術(shù)問題。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種電極接地電阻的計(jì)算方法，應(yīng)用于電法勘探中發(fā)射機(jī)的發(fā)射電極的接地電阻的計(jì)算，其特征在于，所述電極接地電阻的計(jì)算方法包括如下步驟：確定所述電法勘探中發(fā)射機(jī)的發(fā)射電極，所述發(fā)射機(jī)的發(fā)射電極是半徑為r0的圓形面電極；確定所述半徑為r0的圓形面電極的接地電阻計(jì)算模型；根據(jù)所述半徑為r0的圓形面電極的接地電阻計(jì)算模型確定半徑為r0的圓形面電極的接地電阻為：R0＝ρ/(πr0)其中，ρ為土壤電阻率。進(jìn)一步地，所述電極接地電阻的計(jì)算方法還包括如下步驟：采用所述圓形面電極的接地面積S替代半徑r0，獲得面電極的接地電阻為：本發(fā)明還提供了一種電極間距的計(jì)算方法，應(yīng)用于電法勘探中發(fā)射電極之間距離的計(jì)算，所述電極間距的計(jì)算方法包括如下步驟：確定兩個(gè)電極之間中點(diǎn)處的電勢；設(shè)定兩個(gè)電極之間中點(diǎn)處的電勢小于等于所述發(fā)射電極的電勢的10％；采用權(quán)利要求上述的電極接地電阻的計(jì)算方法計(jì)算所述發(fā)射電極的接地電阻；根據(jù)所述發(fā)射電極的接地電阻以及兩個(gè)電極之間中點(diǎn)處的電勢與發(fā)射電極電勢的關(guān)系獲得兩個(gè)電極之間的距離。進(jìn)一步地，所述兩個(gè)電極之間中點(diǎn)處的電勢為：其中I為發(fā)射電流，ρ為土壤電阻率，d為兩個(gè)電極之間的距離。進(jìn)一步地，設(shè)定兩個(gè)電極之間中點(diǎn)處的電勢小于等于所述發(fā)射電極的電勢的10％，即其中V為所述發(fā)射電極電勢。進(jìn)一步地，所述發(fā)射電極的接地電阻為由于則所述電極間距計(jì)算方法還包括如下步驟：進(jìn)一步地，所述電極間距計(jì)算方法還包括如下步驟：對(duì)所述發(fā)射電極做修正，若所述發(fā)射電極為正方形電極，設(shè)其邊長為l0，則有：若所述發(fā)射電極為圓形面電極，設(shè)其半徑為r0，則有：d>20·(r0+1)。本發(fā)明還提供了一種野外電極布設(shè)方法，應(yīng)用于電法勘探中發(fā)射機(jī)電極的野外布設(shè)，所述野外電極布設(shè)方法包括如下步驟：根據(jù)工區(qū)地形地貌確定發(fā)射機(jī)電極的尺寸；通過對(duì)電極坑的處理，改善發(fā)射機(jī)電極接地體周圍的土壤電阻率；將確定好尺寸的所述發(fā)射機(jī)電極埋于處理后的電極坑中；利用所述發(fā)射機(jī)供電，根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電極接地電阻的計(jì)算方法估算所述發(fā)射機(jī)電極的接地電阻；根據(jù)需要的接地電阻確定所述發(fā)射機(jī)電極的個(gè)數(shù)；當(dāng)所述發(fā)射機(jī)電極的個(gè)數(shù)超過預(yù)設(shè)個(gè)數(shù)時(shí)，重新確定需要的接地電阻；根據(jù)權(quán)利要求7所述的電極間距的計(jì)算方法確定電極之間的距離；利用所述發(fā)射機(jī)供電，驗(yàn)證上述計(jì)算結(jié)果的正確性。進(jìn)一步地，根據(jù)上述的電極間距的計(jì)算方法確定電極之間的距離進(jìn)行電極布設(shè)后的接地電阻，假設(shè)單個(gè)電極的接地電阻為R0，發(fā)射機(jī)電極的個(gè)數(shù)為n，則n個(gè)電極的接地電阻R為：本發(fā)明采用上述技術(shù)方案取得的技術(shù)效果為：本發(fā)明實(shí)施例提供的適用于電法勘測電極的接地電阻的計(jì)算方法，能夠快速計(jì)算電極接地電阻值；在多電極布設(shè)情況下，為減弱屏蔽效應(yīng)的影響，能夠快速獲得電極間距，為野外施工提供了快速便捷的理論指導(dǎo)。附圖說明圖1為本發(fā)明實(shí)施例半徑為r0的圓形面電極接地電阻的計(jì)算模型；圖2為本發(fā)明實(shí)施例計(jì)算R1的體積元示意圖；圖3為本發(fā)明實(shí)施例兩個(gè)相同極性的電極電流密度與電勢分布圖；圖4為本發(fā)明實(shí)施例構(gòu)建的兩個(gè)相同極性的電極的數(shù)值計(jì)算幾何模型；圖5為本發(fā)明實(shí)施例中經(jīng)過兩個(gè)電極的水平測線電勢曲線示意圖；圖6為本發(fā)明實(shí)施例野外實(shí)驗(yàn)兩組電極的布局設(shè)計(jì)示意圖。具體實(shí)施例為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及具體實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅用以解釋本發(fā)明，而不構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限制。本發(fā)明實(shí)施例提供的適用于電法勘測電極的接地電阻的計(jì)算方法，能夠快速計(jì)算電極接地電阻值；并且利用發(fā)射機(jī)快速計(jì)算土壤電阻率；在多電極布設(shè)情況下，為減弱屏蔽效應(yīng)的影響，能夠快速獲得合理的電極間距，為野外施工提供了快速便捷的理論指導(dǎo)。在本實(shí)施例中，首先，電法勘探中發(fā)射機(jī)的發(fā)射電極的接地電阻的計(jì)算方法過程如下：確定所述電法勘探中發(fā)射機(jī)的發(fā)射電極，假設(shè)電極為一個(gè)半徑為r0的圓形面電極，且水平直接接觸地表土壤，設(shè)地表土壤下面是一個(gè)均勻無限半空間大地，則參照?qǐng)D1所示，圖1為本發(fā)明實(shí)施例半徑為r0的圓形面電極的接地電阻的計(jì)算模型。在圖1中，半徑為r0的圓形面電極接地電阻由三部分組成，第一部分是所述圓形面電極電阻，可以忽略，第二部分是以r0為半徑的半球體電阻R1，第三部分是由r0以外的電阻構(gòu)成的電阻R2。下面分別對(duì)R1、R2進(jìn)行求解。對(duì)于R1，請(qǐng)參照?qǐng)D2所示，圖2為本發(fā)明實(shí)施例計(jì)算R1的體積元示意圖。則有：根據(jù)并聯(lián)電阻公式以及積分得：于是有：對(duì)于以r0以外的電阻構(gòu)成的電阻R2，則有：對(duì)R2求積分得：所以有：R1＝R2(6)因此可以得出電極接地電阻為：可見，在均勻半空間中，接地電阻與電極半徑成簡單的反比關(guān)系，增大電極半徑就可以等效地減小接地電阻。以上是針對(duì)與圓形接地電極的公式，為了進(jìn)一步獲得更加普適公式，用所述圓形面電極的接地面積S來代替圓形面電極的接地半徑r0，于是有：可見，所述圓形面電極的接地電阻與所述圓形面電極的接地面積S開根號(hào)成反比，而不是簡單的比例關(guān)系，所以不斷地增加電極的面積，面積較小的時(shí)候，接地電阻降低較明顯，當(dāng)電極面積超過1m2后，接地電阻的降低逐漸變得不明顯，電極材料利用率逐漸下降。如果接地電極是一個(gè)矩形，由于面積一定的矩形，正方形的周長最短，那么確定了土壤電阻率與所需的接地電阻參數(shù)后，利用正方形接地電極的邊長為：當(dāng)取發(fā)射電極的面積為0.25m2，此時(shí)有：即此時(shí)發(fā)射電極的接地電阻約等于土壤電阻率，利用這個(gè)特性，可以快速求得土壤電阻率，而不需要用專用儀器來測量電阻率的問題。本發(fā)明實(shí)施例還提供了一種電極間距的計(jì)算方法。當(dāng)使用多電極的情況下，那么電極之間的屏蔽效應(yīng)就必須考慮進(jìn)來，所謂的屏蔽效應(yīng)就是一個(gè)電極的電流路徑對(duì)另一個(gè)電極的電流路徑起到了阻礙作用，從而導(dǎo)致了各自的接地電阻增加的效應(yīng)，增加極間距是減小這個(gè)屏蔽效應(yīng)的唯一辦法。本發(fā)明實(shí)施例提供了一種合理計(jì)算極間距離的方法。請(qǐng)參照?qǐng)D3所示，圖3為本發(fā)明實(shí)施例兩個(gè)相同極性的電極電流密度與電勢分布圖。假設(shè)電極A1、A2為相同極性的電極，則兩電極之間，中點(diǎn)O處的電勢最低，為：其中I為發(fā)射電流，ρ為土壤電阻率，d為兩電極之間的距離(即電極間距)。為了減小屏蔽效應(yīng)的影響，那么中點(diǎn)O處的電勢要小于等于電極電勢V的10％，即：通過采用上述的電極接地電阻的計(jì)算方法獲得電極接地電阻由于從而有：由于電極不能看成一個(gè)理想的點(diǎn)，所以需要做一個(gè)修正，只要在計(jì)算的結(jié)果加上電極的尺寸與電極距的比例即可，如果是用一個(gè)正方形電極，其邊長為l0，則有：同理，如果是用一個(gè)圓形面電極，其半徑為r0，則有：d>20·(r0+1)(15)可見，減小屏蔽效應(yīng)的影響主要由電極的尺寸來決定，而與土壤電阻率無關(guān)，這個(gè)給施工帶來了極大的方便，只要確定了電極的尺寸，那么電極間距也就可以確定下來。下面通過實(shí)驗(yàn)對(duì)電極間距的計(jì)算公式進(jìn)行驗(yàn)證：為了確定以上公式的正確性，請(qǐng)參照?qǐng)D4和圖5所示，圖4為本發(fā)明實(shí)施例構(gòu)建的兩個(gè)相同極性的電極的數(shù)值計(jì)算幾何模型。圖5為本發(fā)明實(shí)施例中經(jīng)過兩個(gè)電極的水平測線電勢曲線示意圖。圖4中A1、A2截面邊長為1m的正方形，埋深0.3m的電極，根據(jù)式(13)，得到它們極距d＝22.6m，大地是一個(gè)電阻率ρ＝100Ω·m的均勻半空間。在A1、A2兩個(gè)電極同時(shí)加入100V電勢，無窮遠(yuǎn)處電勢為0V。由圖5可知，在兩個(gè)電極A1、A2中間的電勢為10V，是電極處電勢的10％，改變電極尺寸，同時(shí)利用式(13)獲得極間距，按照上面的方法反復(fù)計(jì)算，獲得兩電極中點(diǎn)電勢計(jì)算結(jié)果為如下表1所示：表1不同電極尺寸對(duì)應(yīng)不同極間距的計(jì)算結(jié)果從計(jì)算結(jié)果來看，O點(diǎn)電勢的計(jì)算結(jié)果與10V的理論值非常接近，基本上與前面理論推導(dǎo)的結(jié)果一致，說明了以上理論推導(dǎo)的正確性。假設(shè)電極可視為理想點(diǎn)源，有n對(duì)電極，土壤電阻率為ρ，設(shè)計(jì)的接地電阻為R，單個(gè)電極的接地電阻為R0，考慮到式(14)和(15)是在10％電勢誤差的條件下推導(dǎo)出來的，所以多電極條件下，需要對(duì)其進(jìn)行誤差校正，則有如下公式成立：由上面分析可知，工區(qū)土壤電阻率的大小對(duì)野外電極布設(shè)有重要影響，以上分析的都是沒有經(jīng)過電極處理的計(jì)算，在實(shí)際施工作業(yè)過程中，以上公式中的土壤電阻率不能用真實(shí)的電阻率值，如果使用真實(shí)土壤電阻率，那么電極布設(shè)要求的工程量非常大，所以通常先對(duì)電極坑要做一個(gè)處理來改善接地體周圍的土壤電阻率，使得改善后的等效土壤電阻率降低，利用式(10)測得等效的土壤電阻率后，再依據(jù)上面的方法進(jìn)行施工即可。本發(fā)明提供的野外電極布設(shè)方法，應(yīng)用于電法勘探中發(fā)射機(jī)電極的野外布設(shè)，其特征在于，所述野外電極布設(shè)方法包括如下步驟：根據(jù)工區(qū)地形地貌確定發(fā)射機(jī)電極的尺寸；通過對(duì)電極坑的處理，改善發(fā)射機(jī)電極接地體周圍的土壤電阻率；將確定好尺寸的所述發(fā)射機(jī)電極埋于處理后的電極坑中；利用所述發(fā)射機(jī)供電，根據(jù)上述電極接地電阻的計(jì)算方法確定所述發(fā)射機(jī)電極的接地電阻；根據(jù)需要的接地電阻確定所述發(fā)射機(jī)電極的個(gè)數(shù)；當(dāng)所述發(fā)射機(jī)電極的個(gè)數(shù)超過預(yù)設(shè)個(gè)數(shù)時(shí)，重新確定需要的接地電阻；根據(jù)上述電極間距的計(jì)算方法確定電極之間的距離；利用所述發(fā)射機(jī)供電，驗(yàn)證上述計(jì)算結(jié)果的正確性。具體地，首先根據(jù)工區(qū)地形地貌，確定電極尺寸，電極坑處理，改善接地體周圍土壤電阻率；然后埋極，處理好電極，利用發(fā)射機(jī)供電，確定接地電阻；接下來根據(jù)設(shè)計(jì)需要的接地電阻確定電極個(gè)數(shù)，如果太多，則重新按照前面的方法確定一個(gè)電極的接地電阻；然后利用式(14)或式(15)確定極距，把所有的電極都按照上面的方法埋極；最后打開發(fā)射機(jī)，供電驗(yàn)證即可。為了驗(yàn)證以上公式的實(shí)用性，在內(nèi)蒙古曹四幺做了野外發(fā)射電極實(shí)驗(yàn)，電極埋設(shè)地點(diǎn)環(huán)境為很厚的粗沙山地，由于滲水很快，電阻率非常高，需要進(jìn)行鎖水處理，這里通過加入膨潤土來鎖住水分，從而達(dá)到降低土壤電阻率的目的。A電極和B電極的電極間距為1.5km，單個(gè)電極設(shè)計(jì)為1m×4m，同側(cè)兩個(gè)極坑之間長30m到40m之間，如圖6所示，圖6為本發(fā)明實(shí)施例野外實(shí)驗(yàn)兩組電極的布局設(shè)計(jì)示意圖。利用鋁箔紙作為導(dǎo)電電極，現(xiàn)場施工中，各個(gè)極坑所用的鹽不一樣，有的極坑用了10包鹽，有的用了20包鹽不等，相差很大，由于膨潤土是一種導(dǎo)電性和導(dǎo)熱性都不是很好的以蒙脫石為主的粘土，所以用不同量的鹽，對(duì)極坑電阻率影響較大，從而不同極坑的電阻率處理得不一樣，這也就導(dǎo)致了處理結(jié)果會(huì)與理論值有所偏差，屬于正?，F(xiàn)象。實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表2所示：表2接地電阻野外實(shí)驗(yàn)結(jié)果所用A電極所用B電極接地電阻(Ω)A1B148～49A1A2B1B232～33A3A4B3B431～32A1A4B1B429～30A1A2A4B1B2B424～25A1A2A3A4B1B2B3B420～21通過野外實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以得到：(1)隨著電極對(duì)的增加，接地電阻下降；(2)同側(cè)電極距越大，電極間的屏蔽效應(yīng)越小，接地電阻越小。(3)單個(gè)電極對(duì)的接地電阻為50Ω左右，根據(jù)式(16)，兩對(duì)電極對(duì)的接地電阻應(yīng)該是單個(gè)電極對(duì)的一半再加上10％的誤差，即：三個(gè)電極對(duì)應(yīng)該是理想兩對(duì)電極對(duì)的10％加上理想四對(duì)電極對(duì)的10％取平均作為中間誤差項(xiàng)，也就是：四對(duì)電極對(duì)的接地電阻應(yīng)該是當(dāng)個(gè)電極對(duì)的1/4加上兩對(duì)電極對(duì)的一半的10％，再加上單個(gè)電極對(duì)的10％，即：由上面的公式計(jì)算結(jié)果與表2所示實(shí)驗(yàn)結(jié)果基本上是相符的。以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，并非因此限制本發(fā)明的專利范圍，凡是利用本發(fā)明說明書及附圖內(nèi)容所作的等效結(jié)構(gòu)或等效功能變換，或直接或間接運(yùn)用在其他相關(guān)的
技術(shù)領(lǐng)域：
，均同理包括在本發(fā)明的專利保護(hù)范圍內(nèi)。當(dāng)前第1頁1 2 3