摘要：为实现工作面安全开采，有必要对其上覆岩层运动特征进行研究，确定“两带”发育特征。本文结合工程背景，综合运用并行电法测试技术和UDEC数值模拟计算的方法，得出覆岩受采动影响破坏变形特征。电法测试技术基于岩层电性差异，记录不同时间段覆岩电阻率参数变化，并根据计算及图形模拟结果，反映覆岩破坏的变化状况。UDEC模拟基于离散元思想，通过建立地质模型并赋予相应实测参数，计算得出的结果反映采场上覆岩体随工作面推进变形破坏特征，确定“两带”范围与发育形态。综合利用物理模拟和数值模拟的技术手段能更好地为生产服务，并希望广泛应用于工程实践。
　　关键词：覆岩破坏;并行电法技术;UDEC;安全生产
　　1 引言
　　采煤面覆岩变形与破坏发育规律探查与研究一直是矿井安全生产十分关注的问题，对矿井顶板管理及水害防治具有重要的指导意义，在这方面我国学者已经进行了较深入的研究并取了重要成果,代表性的有“上三带”理论^[1]、关键层理论^[2]、“三图-双预测”法^[3]等。这些理论、方法为研究煤矿开采引起覆岩破坏“两带”发育特征^[4-5]提供了很好的指导作用。然而，采动影响下的覆岩变形破坏是一个极其复杂的问题，对此还需深入研究;近年来，利用地球物理方法和计算机技术研究分析覆岩破坏产生裂隙的发育状况，初步取得了比较明显效果。本文针对煤层开采前后覆岩变形和破坏引起岩层电阻率变化这一特征，在煤层顶板布置电极，观测电阻率变化，从而反演顶板覆岩破坏范围与形态^[6-8]；同时，将数值模拟方法应用到预测覆岩“两带”发育形态特征上。UDEC^[9-11]数值模拟软件是在离散单元法基础上编制的数值计算程序，基于的原理是将岩体视为由离散的岩块和岩块间的节理面所组成,允许岩块平移、转动和变形，而节理面可被压缩、分离或滑动，较适用于煤炭开采引起上覆岩体滑移、变形、破裂等非线性问题的研究分析。
　　2 并行电法测试技术在覆岩破坏“两带”发育规律研究中应用
　　2.1 并行电法基本原理
　　并行电法探测原理基于静电场理论，采用阵列布极方法，以目标体电性差异为前提，集电剖面与电测深一体，进行二维地电断面测量;根据记录的电阻率值，进行计算、处理、分析，从而用于划分地层、圈闭异常、确定“两带”发育等方面。并行电法是改进了的高密度电法，并行采集数据，一般采用单极供电(AM法)和偶极子供电(ABM法)两种方式来进行数据采集和处理，还可以远程控制及在线观测，较传统方法优势在于很大程度提高采集效率。
　　2.2 岩层电阻率解释
　　岩体的结构特征是影响电阻率的主要因素之一，两者有着显著的相关性。通常不同岩性电阻率值有一定差别，同一岩层，由于其结构特征发生变化，使得电阻率值也会发生改变。对于煤层顶板岩层来说，从电性上分析煤层电阻率值相对较高，砂岩次之，黏土岩类最低。当岩层发生变形与破坏时，若岩层不含水，则其导电性变差，局部电阻率值增高。采矿过程中岩层电性在纵向和横向上发生变化，代表了其破坏和裂隙发育特征;因此，通过测取顶板不同深度岩层电阻率变化来分析其变形与破坏规律，这是电法测试覆岩破坏特征的地质基础。“两带”发育仅为一定高度以下岩层电阻率所发生的变化，每次测试时以岩层背景电阻率分布作为基础，通过动态测试可以从时空规律上直观分析岩层的破坏过程和规律。
　　2.3 岩层背景电阻率分布
　　覆岩破坏探测中，背景场电阻率分布是在工作面距测孔较远，一般距离120m以上时的岩层电阻率分布，即未受采动影响岩层电阻率分布。图一为某矿工作面开采前一段时间测试电阻率成像结果剖面，测试时回采工作面距监测范围较远，离孔口130m以上，电阻率值分布集中在<2000Ω•m范围内，其中泥岩段电阻率最低，细砂岩和粉砂岩段电阻率值稍高。其地层岩性变化特征较为明晰，为正常岩层电性反应，局部岩层电阻率的高低变化反映出岩性变化或岩体完整性的不同，可作为背景值，为后续采动影响时岩层变形与破坏电阻率值对比提供基础。　　 　　2.4 覆岩变形破坏“两带”发育特征分析
　　据于师建等通过相似材料实验模拟表明：垮落带内岩层破碎垮落，岩石碎胀造成的视电阻率变化是正常情况的4-6倍，导水裂缝带范围内岩层裂隙普遍发育，横向、垂向裂隙交错，视电阻率是正常情况的2-3倍。冒落带和导水裂缝带合称为“两带”，其上部的弯曲下沉带内，由于下部岩层垮落，上部岩层会逐个向下弯曲下沉，在岩层界面附近常有裂隙或真空离层发育，随着上部岩层的下沉，先形成的裂缝或离层会有所闭合，岩层少有裂隙发育。根据钻孔电法监测结果，对于探测区内的“两带”及离层的发育过程及形态进行有效判断。图二为随工作面向前推进过程中不同时段电阻率剖面的节选图。