技术服务部 廖平红
煤层开采后,其上覆岩层的结构状态发生很大的变化,自下而上形成冒落带、裂隙带和弯曲下沉带。冒落带使原来连续的岩层形成碎块杂乱堆积于采空区内;裂隙带则产生了大量的新生裂隙和离层,使岩体的孔隙度大大增加。地下岩层电阻率不仅与岩层的岩性、含水性有关,而且与岩体的结构状态(孔隙度的变化)和变形破坏情况(压缩、膨胀、裂隙发育、破碎程度)有密切的关系。煤层采动引起的覆岩变形、移动、破坏,必然导致覆岩的电阻率发生变化,从而使自然电场和人工电场的分布都将发生相应的变化。岩体的电阻率随着岩体破坏程度的加大而递增。在冒落带范围内,电阻率变化最大,甚至失去了导电能力;在裂隙发育带中电阻率变化较大,裂隙的发育明显降低了岩体的导电性;在弯曲带及破坏带的边缘电阻率变化较小。实验模拟表明:裂隙带范围岩体视电阻率是正常情况的2-3倍,垮落带造成的视电阻率变化是正常情况的4-6倍。
由此可见,采矿活动前、后煤层上覆地层视电阻率变化明显。且电性变化随着破坏“三带”的形态而不同。这为能够利用电阻率参数识别上覆岩体的导水裂隙带提供了物性前提。
采煤工作面上覆岩体受采动影响其结构产生破坏,结构的改变导致了岩体的地球物理性质(波速、弹性模量、电阻率、极化率)发生变化。基于此物性差异前提,综合利用电阻率法动态监测技术,在采煤工作面项板煤岩体中预埋入多个电极,通过动态的观测,连续地获取工作面上覆煤岩体在时间和空间上的物性变化参数,以此为基础进一步分析煤层开采过程中上覆煤岩层的变化及破坏发育规律,对覆岩破坏“三带”高度进行判定。
由于覆岩破坏过程是随着采掘工作的推进而动态发育的。本技术与传统观测技术最大的不同之处在于可以全程把握采动前、采动中和采动后岩层破坏发育规律。因此,观测系统具有布置早,观测周期长的特点。
并行电法动态监测技术以电法并行采集技术为基础。集成了远程通讯、智能控制等先进技术,形成高效、可靠的电法动态监测系统,通过软件发送指令可以智能控制井下电法仪器,实现电法数据远程控制,并能实时对所获得的电压、电流数据进行成图。
利用井下巷道及钻孔条件建立网络并行电法动态监测系统来实测顶板覆岩破坏导水裂隙带高度技术,对于矿井水害防治、改进支护技术、合理确定开采边界、合理确定其开采上限等具有重要意义。该方法具有实时性、连续性、多信息、低费用等特点;不但是提高矿井安全生产的问题,更是提高开采上限、扩大矿井储量,延长服务年限,提高经济效益的有效途型。
参考董春勇硕士论文《网络并行电法在覆岩破坏动态监测中的应用》