1 探测目的
采用井下孔中电法技术进行“两带”测试工作，探查7132工作面煤层顶板冒落带和导水裂隙带的发育高度，计算出冒采比和裂采比，为下一步瓦斯治理及顶板管理提供依据。
2 “两带”观测方法原理
2.1煤层开采覆岩破坏特点
矿山开采引起的覆岩破坏在不同的地质、采煤条件下，呈现出不同的特征和分布形态。掌握覆岩破坏的特征及其分布形态，是正确设计防水煤柱(指开采上限或工作面回采顶板到对开采有威胁的最底部的含水层底板之间的岩层和煤层)和评价开发被江河湖水、巨厚强富水松散层或基岩含水层覆盖煤田的重要条件。实践正明，只要防水煤岩柱高度大于覆岩破坏的最大高度，即导水裂隙带的最大高度，矿井的安全生产就能得到保证。
根据煤层覆岩破坏的程度及导水、透泥、透砂的能力，采煤引起的覆岩破坏状况，可以区分为冒落带、导水裂隙带和弯曲下沉带(整体移动带)三个带。冒落带是指采煤工作面放顶后引起的煤层直接顶的破坏范围。冒落带内岩层破坏的特点与岩层组合结构特征、工作面开采矿压分布规律等有关。在一般情况下，不论岩性如何，甚至经过相当长时间的压实稳定以后，冒落带内岩层还具有很好的透水性能。在松散含水层下采煤时，无论松散层的富水性强弱，一般不允许冒落带达到松散层底部，以避免水砂和泥土溃入井下。
导水裂隙带内岩层破坏的特点，一是岩层发生垂直层面的裂缝或断开，二是岩层顺层面离开。根据垂直裂缝和离层裂缝的不同张裂程度和彼此间的连通性、导水性，整个裂隙带可分为严重断裂、一般开裂和微小开裂三个部分。严重断裂部分内的岩层大都断开，但仍然保持原有的层次，裂缝间的连通性好，漏水严重，甚至漏砂；一般开裂部分内的岩层不断开或很少断开，裂缝间的连通性较好，漏水程度一般；微小开裂部分内的岩层有裂缝，基本上未能使岩层断开，裂缝间的连通性不太好，漏水性微弱。裂隙带内被破坏的岩层，特别是微小开裂部分的岩层，经过一定时间的压实稳定以后，如果属坚硬岩层，一般不能重新压密，已形成的导水裂隙带高度，随时间的增加基本上没有变化。如果属中硬岩层，尤其是软弱岩层，随着时间的增加，裂缝逐渐压密，已形成的导水裂隙带高度，随时间的增加有所降低。在松散层下采煤时，根据松散层的富水性不同，对于强富水松散层，不允许导水裂隙带达到松散层底部，对于弱富水松散层，允许导水裂隙带达到甚至进入松散层。
弯曲下沉带是指导水裂隙带以上直达地表的全部覆岩。根据采深、采厚、岩性、采煤方法和顶板管理方法等的不同，整个下沉带内的岩层，可能表现为弹塑性弯曲，也可能表现为整体剪切移动。实测结果表明，弯曲下沉带内的岩层也是有裂缝的，但裂缝微小，数量较少，裂缝间的连通性弱，导水能力与采前比较起来变化微弱，或者只产生瞬时性的变化，即在采煤工作面接近和离开的瞬间，表现在钻孔水位上有微小的变化，经过一定时间的稳定以后，仍可恢复正常。
2.2地电场观测原理
在煤层开采过程中，顶底板围岩受力状态改变，岩体裂隙发育程度也会有所改变。由地电场勘探理论可知，当岩层在自然状态下，电阻率值与其岩性和其所赋存的环境有关，在高地应力作用下，岩层原生裂隙被压密，固体颗粒接触面积加大，根据欧姆定理其电阻率值减小；当应力超过岩体本身强度时，岩体产生破裂，固体颗粒接触面积减小，电阻率值升高。而岩体电阻率值的变化决定其视电阻率值的变化，因此，可以通过视电阻率勘探方法对岩体受力状态和变形破坏特征进行探测。
通过开采前的电法测试，可得到煤层围岩原始应力状态下的电阻率图像，将此时的地电场特征作为背景；在开采期间的定期观测，可得到围岩在应力失衡及重新分布下的电阻率连续变化图像。将开采期间观测的地电场特征与背景场特征进行比较，可以得到不同阶段的地电场变化情况。通过对地电场变化特征进行分析，从而得到围岩裂隙发育规律。若裂隙带内无充填含水体，裂隙带的电阻率值会明显升高，升高的幅度越大，则裂隙发育越完全；若电阻率值没有明显变化区域，即为未破坏区。
3 观测钻孔布置与数据采集
3.1钻孔参数
现场钻孔按照设计技术要求进行施工，由于施工过程受到地质条件及施工工艺影响，其最终成孔参数与设计有一定偏差，具体各孔参数如表3-1所述：
3.2数据采集
2022年6月15日在第一个观测孔安装完成，2022年6月16日在第二个观测孔安装完成。仪器监控站位于钻孔附近，并对测试电缆进行了有效保护。于2022年7月3日进行了两个观测孔背景值的采集，此时回采工作面距离孔口位置180m。
2022年8月19日开始进行两个观测孔的动态观测，此时工作面回采位置距离钻孔孔口82m位置，至2022年9月25日采集最后一组数据，此时工作面回采到距离钻孔孔口14.4m位置，之后孔中电法测线被完全破坏。现场共采集有效电法数据41组。
4 数据处理与分析
现采用常规温纳三极电阻率法处理与对比，选取其中具有代表性的且探测效果明显的数据，然后将其计算结果采用Surfer软件成图，再对视电阻率图进行地质剖面图的叠加，以进一步解释。将监测图像形成剖面进行对比，各图中采用统一色标，以蓝绿色(冷色调)为较低电阻率值区，红色调为较高电阻率值区。当煤层开采时，顶板岩层受采动影响导致岩层变形与破坏，岩层变形与破坏程度越大反映出的电阻率值越高，从而根据电阻率值的高低进行顶板岩层变形与破坏的规律解释。
4.1第一个观测孔数据处理与分析
图4-1为2022年7月3日探测视电阻率结果图，工作面回采位置距离孔口位置为180m，以当日测得的视电阻率值作为背景值，代表孔内电法系统的岩层电阻率背景值，为后续探测剖面对比提供基础。总体上，钻孔控制范围内除小部分区域视电阻率相对比较大外，整体岩层电阻率值在250Ω·m以下，能够反映在受到开采破坏前上覆岩层的电阻率背景观测。
 图4-2为2022年8月19日至2022年9月25日观测电阻率结果图，这段时间回采位置距钻孔观测位置从82m至14.4m。这剖面图较好地表达了顶板岩层受采动影响，部分区域其电阻率值由低到高的变化过程。
当回采位置距离钻孔控制范围相对比较远，视电阻率无明显变化，表明此时基本不受采动影响。随着工作面的继续推进钻孔控制范围内靠近回采位置区域电阻率值开始升高，表明该区域已经受采动应力超前影响。再随着工作面的推进，观测剖面中随着工作面的推进高阻区范围和电阻率值逐渐增大，表明受采动影响，顶板上方岩体破坏明显。而且，受采动应力影响越来越大，顶板上方及前方岩体裂隙继续发育，裂隙相互连通，形成裂隙带。当回采位置靠近钻孔位置时，随着工作面的继续推进，监测范围内出现视电阻率分带现象明显，且在高度33m往上视电阻率基本保持稳定，表明在这一阶段裂隙带发育充分。再往后观测，观测线缆被破坏，无法继续进行监测。
结合得到的数据成果对比分析可知，垂高33m以上，电阻率值整体相对比较稳定，分布均匀，与背景值相比基本无较大变化。由此，可以判断监测段导水裂隙带最大高度为33m。
4.2第二个观测孔数据处理与分析
图4-3为2022年7月3日探测视电阻率成果图，工作面回采位置距孔口位置为180m，以测得的视电阻率值作为背景值，代表孔内电法系统的岩层电阻率背景值，为后续探测剖面对比提供基础。总体上，孔内观测区域岩层电阻率值基本在200Ω·m以下，可以反映了正常岩层视电阻分布情况并作为电阻率背景值。
图4-4为2022年8月19至2022年9月21日观测电阻率结果图，回采位置距离观测系统位置从82m至25.4m。当回采位置距离钻孔控制范围相对比较远，视电阻率无明显变化，表明此时基本不受采动影响。随着工作面的继续推进钻孔控制范围内靠近回采位置区高阻区范围和电阻率值开始逐渐升高，表明该区域已经受采动应力超前影响，顶板上方岩体开始被破坏。当回采位置靠近观测剖面时，随着工作面回采位置的推进高阻区范围和电阻率值明显增大，表明受采动影响，顶板上方岩体破坏明显。期间，受采动应力影响越来越大，顶板上方及前方岩体裂隙继续发育，裂隙相互连通，形成裂隙带。采空区上部视电阻率值显著升高，且在剖面下部高阻区比较集中，表明在老空区形成一定步距后，这一区域应力集中破坏程度较高，顶板近煤层岩体冒落，冒落带发育充分，其上覆岩体位移量较大，裂隙区进一步发育。
结合获得的数据成果资料对比分析可知，煤层顶板垂高9.65m以下，视电阻率高值区域分布最广，表明该观测范围内顶板岩层破坏严重，判断为冒落带；在煤层顶板垂高9.65m以上，视电阻率值高低不均，为裂隙带发育不均匀的反映。
5 顶板“两带”发育综合分析
综上分析，对于本次7132工作面顶板覆岩破坏“两带”发育高度的探测，探测结果选取探测结果中的最大值，冒落带高度为9.65m，位于细砂岩层位；导水裂隙带高度为33m，位于细粒砂岩层位。
6 结论与建议
6.1结论
7132工作面顶板“两带”监测段采高为2.5m，顶板主要以泥岩和细粒砂岩为主，通过2个观测孔视电阻率反演结果图得出冒落带高度为9.65m，位于细粒砂岩层位；导水裂隙带高度为33m，位于细粒砂岩层位。因此，冒采比为3.86，裂采比为13.2。
6.2建议
(1)通过孔中电法在两带观测实际观测成果与计算理论参数进行对比分析，提高了探测应用效果；
(2)在该项目的成功应用，进一步论证了方法有效性，为国内其他地区相似地质条件的矿区提供更为有效的探测技术方法，此外，也为孔中电法在顶板两带观测物探技术的推广起到重要作用。
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