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、電氣設(shè)備接地等都需要對接地電阻有嚴格的要求，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)用的接地電阻計算公式只能作為一個參考，并不適用于電法勘探用的發(fā)射電極接地電阻的計算。對于電法勘探的發(fā)射機而言，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，普遍存在對接地電阻的認識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了施工材料，也加大了施工人員的勞動強度。基于此，有必要提供一種應(yīng)用于電法勘探中發(fā)射電極接地電阻的計算方法，實現(xiàn)快速計算電極的接地電阻，減少電法勘探中施工材料浪費；進一步地，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算方法，快速計算電極間距，降低施工強度。技術(shù)實現(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算方法，旨在解決現(xiàn)有技術(shù)中無法快速計算電極的接地電阻，造成施工材料浪費的技術(shù)問題。為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了一種電極接地電阻的計算方法，應(yīng)用于電法勘探中發(fā)射機的發(fā)射電極的接地電阻的計算，其特征在于，所述電極接地電阻的計算方法包括如下步驟：確定所述電法勘探中發(fā)射機的發(fā)射電極，所述發(fā)射機的發(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算模型；根據(jù)所述半徑為r0的圓形面電極的接地電阻計算模型確定半徑為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。進一步地，所述電極接地電阻的計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算方法，應(yīng)用于電法勘探中發(fā)射電極之間距離的計算，所述電極間距的計算方法包括如下步驟：確定兩個電極之間中點處的電勢；設(shè)定兩個電極之間中點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算方法計算所述發(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電極之間中點處的電勢與發(fā)射電極電勢的關(guān)系獲得兩個電極之間的距離。進一步地，所述兩個電極之間中點處的電勢為：其中I為發(fā)射電流，ρ為土壤電阻率，d為兩個電極之間的距離。進一步地，設(shè)定兩個電極之間中點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算方法還包括如下步驟：進一步地，所述電極間距計算方法還包括如下步驟：對所述發(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)射機電極的尺寸；通過對電極坑的處理，改善發(fā)射機電極接地體周圍的土壤電阻率；將確定好尺寸的所述發(fā)射機電極埋于處理后的電極坑中；利用所述發(fā)射機供電，根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的電極接地電阻的計算方法估算所述發(fā)射機電極的接地電阻；根據(jù)需要的接地電阻確定所述發(fā)射機電極的個數(shù)；當所述發(fā)射機電極的個數(shù)超過預(yù)設(shè)個數(shù)時，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算方法確定電極之間的距離；利用所述發(fā)射機供電，驗證上述計算結(jié)果的正確性。進一步地，根據(jù)上述的電極間距的計算方法確定電極之間的距離進行電極布設(shè)后的接地電阻，假設(shè)單個電極的接地電阻為R0，發(fā)射機電極的個數(shù)為n，則n個電極的接地電阻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)明實施例提供的適用于電法勘測電極的接地電阻的計算方法，能夠快速計算電極接地電阻值；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)明實施例半徑為r0的圓形面電極接地電阻的計算模型；圖2為本發(fā)明實施例計算R1的體積元示意圖；圖3為本發(fā)明實施例兩個相同極性的電極電流密度與電勢分布圖；圖4為本發(fā)明實施例構(gòu)建的兩個相同極性的電極的數(shù)值計算幾何模型；圖5為本發(fā)明實施例中經(jīng)過兩個電極的水平測線電勢曲線示意圖；圖6為本發(fā)明實施例野外實驗兩組電極的布局設(shè)計示意圖。具體實施例為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及具體實施例，對本發(fā)明進行進一步詳細說明。應(yīng)當理解，此處所描述的具體實施例僅用以解釋本發(fā)明，而不構(gòu)成對本發(fā)明的限制。本發(fā)明實施例提供的適用于電法勘測電極的接地電阻的計算方法，能夠快速計算電極接地電阻值；并且利用發(fā)射機快速計算土壤電阻率；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)。在本實施例中，首先，電法勘探中發(fā)射機的發(fā)射電極的接地電阻的計算方法過程如下：確定所述電法勘探中發(fā)射機的發(fā)射電極，假設(shè)電極為一個半徑為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均勻無限半空間大地，則參照圖1所示，圖1為本發(fā)明實施例半徑為r0的圓形面電極的接地電阻的計算模型。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R1、R2進行求解。對于R1，請參照圖2所示，圖2為本發(fā)明實施例計算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：對于以r0以外的電阻構(gòu)成的電阻R2，則有：對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。以上是針對與圓形接地電極的公式，為了進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，面積較小的時候，接地電阻降低較明顯，當電極面積超過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：當取發(fā)射電極的面積為0.25m2，此時有：即此時發(fā)射電極的接地電阻約等于土壤電阻率，利用這個特性，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)明實施例還提供了一種電極間距的計算方法。當使用多電極的情況下，那么電極之間的屏蔽效應(yīng)就必須考慮進來，所謂的屏蔽效應(yīng)就是一個電極的電流路徑對另一個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屏蔽效應(yīng)的唯一辦法。本發(fā)明實施例提供了一種合理計算極間距離的方法。請參照圖3所示，圖3為本發(fā)明實施例兩個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理想的點，所以需要做一個修正，只要在計算的結(jié)果加上電極的尺寸與電極距的比例即可，如果是用一個正方形電極，其邊長為l0，則有：同理，如果是用一個圓形面電極，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。下面通過實驗對電極間距的計算公式進行驗證：為了確定以上公式的正確性，請參照圖4和圖5所示，圖4為本發(fā)明實施例構(gòu)建的兩個相同極性的電極的數(shù)值計算幾何模型。圖5為本發(fā)明實施例中經(jīng)過兩個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，大地是一個電阻率ρ＝100Ω·m的均勻半空間。在A1、A2兩個電極同時加入100V電勢，無窮遠處電勢為0V。由圖5可知，在兩個電極A1、A2中間的電勢為10V，是電極處電勢的10％，改變電極尺寸，同時利用式(13)獲得極間距，按照上面的方法反復(fù)計算，獲得兩電極中點電勢計算結(jié)果為如下表1所示：表1不同電極尺寸對應(yīng)不同極間距的計算結(jié)果從計算結(jié)果來看，O點電勢的計算結(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)電極可視為理想點源，有n對電極，土壤電阻率為ρ，設(shè)計的接地電阻為R，單個電極的接地電阻為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，需要對其進行誤差校正，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)過電極處理的計算，在實際施工作業(yè)過程中，以上公式中的土壤電阻率不能用真實的電阻率值，如果使用真實土壤電阻率，那么電極布設(shè)要求的工程量非常大，所以通常先對電極坑要做一個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)射機電極的尺寸；通過對電極坑的處理，改善發(fā)射機電極接地體周圍的土壤電阻率；將確定好尺寸的所述發(fā)射機電極埋于處理后的電極坑中；利用所述發(fā)射機供電，根據(jù)上述電極接地電阻的計算方法確定所述發(fā)射機電極的接地電阻；根據(jù)需要的接地電阻確定所述發(fā)射機電極的個數(shù)；當所述發(fā)射機電極的個數(shù)超過預(yù)設(shè)個數(shù)時，重新確定需要的接地電阻；根據(jù)上述電極間距的計算方法確定電極之間的距離；利用所述發(fā)射機供電，驗證上述計算結(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)射機供電，確定接地電阻；接下來根據(jù)設(shè)計需要的接地電阻確定電極個數(shù)，如果太多，則重新按照前面的方法確定一個電極的接地電阻；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，供電驗證即可。為了驗證以上公式的實用性，在內(nèi)蒙古曹四幺做了野外發(fā)射電極實驗，電極埋設(shè)地點環(huán)境為很厚的粗沙山地，由于滲水很快，電阻率非常高，需要進行鎖水處理，這里通過加入膨潤土來鎖住水分，從而達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，單個電極設(shè)計為1m×4m，同側(cè)兩個極坑之間長30m到40m之間，如圖6所示，圖6為本發(fā)明實施例野外實驗兩組電極的布局設(shè)計示意圖。利用鋁箔紙作為導(dǎo)電電極，現(xiàn)場施工中，各個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)果會與理論值有所偏差，屬于正常現(xiàn)象。實驗結(jié)果如表2所示：表2接地電阻野外實驗結(jié)果所用A電極所用B電極接地電阻(Ω)A1B148～49A1A2B1B232～33A3A4B3B431～32A1A4B1B429～30A1A2A4B1B2B424～25A1A2A3A4B1B2B3B420～21通過野外實驗結(jié)果可以得到：(1)隨著電極對的增加，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)單個電極對的接地電阻為50Ω左右，根據(jù)式(16)，兩對電極對的接地電阻應(yīng)該是單個電極對的一半再加上10％的誤差，即：三個電極對應(yīng)該是理想兩對電極對的10％加上理想四對電極對的10％取平均作為中間誤差項，也就是：四對電極對的接地電阻應(yīng)該是當個電極對的1/4加上兩對電極對的一半的10％，再加上單個電極對的10％，即：由上面的公式計算結(jié)果與表2所示實驗結(jié)果基本上是相符的。以上僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施例，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)明的專利保護范圍內(nèi)。當前第1頁1 2 3