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摘要 为了获得3234煤层顶板“两带”发育高度值，研究工作面开采过程中煤层顶板覆岩 “两带”发育特征及其规律。在巷道中采用井下钻孔网络并行电法测试技术进行现场实测，分析出冒落带高度范围为8.1-8.5m，裂隙带高度范围为29-32.5m，为矿井的安全与生产管理提供有效指导。
关键词 两带高度 网络并行电法 测试
1 探测方法原理
本次使用的是采用的是先进的网络并行电法对32煤层顶板两带高度进行观测。数据采集仪器为网络并行电法仪，该仪器由安徽惠洲地下灾害研究设计院与江苏东华测试技术有限公司自主研制的新产品，其最大优势在于任一电极供电，可在其余所有电极同时进行电位测量，可清楚地反映探测区域的自然电位、一次供电场电位的变化情况，采集数据效率比传统的高密度电法仪又大大提高[1]。
网络并行电法仪采集的数据为全电场空间电位值，保持电位测量的同步性，避免了不同时间测量数据的干扰问题。该数据体特别适合于采用全空间三维电阻率反演技术。通过在钻孔中布置电法测线，采用网络并行电法仪观测不同位置不同标高的电位变化情况，通过三维电法反演，得出顶板探测剖面不同时段的电阻率分布情况，从而对岩层变形与破坏发育给出客观的地质解释[2]。
2 工作面概况
3234工作面位于33采区下山北翼的第二区段，工作面上区段（西）为3232工作面，下区段为3236工作面，均未准备，南到33采区下山。该煤层为Ⅰ水平32煤层，工作面标高-534.2～-615.4 m，地面标高+25.40～+25.50 m，走向长1200～1206 m，平均1203 m，倾斜长150～160 m，平均156m。工作面范围内煤系地层总体呈一单斜构造，西北部高，东南部低，有利于工作面的排水。煤层倾角15～40°，平均25°。根据三维地震勘探资料及机巷、风巷、切眼揭露资料分析，该工作面范围断层较发育，其中DF348是一条斜交正断层，落差3～13.5m左右，将工作面分成里外两部分，断层的特点为：多以斜交正断层为主。3234工作面主要充水水源系32煤层顶底板砂岩裂隙水。根据计算该回采工作面正常涌水量0.18m3/min，最大涌水量为0.26m3/min。
3 3234工作面两带高度的计算
通常“两带” 高度理论计算公式[3]：
冒落带高度为 = ，导水裂隙带高度为 =（2～3） ，其中：M为采高， 为岩石碎胀系数，α为煤层倾角。
3234工作面裂高测试段煤厚M平均为2.43m，一次采全高，顶板岩性为砂岩和泥岩交互出现，泥岩所占比例较大，属中硬型顶板类型，因此，岩石碎胀系数 可取1.35，煤层平均倾角为25，则冒落带高度为9m，导水裂隙带高度为18～27m。即理论冒高/采厚比约为3.7，裂高/采厚比为7.4～11.1。
根据我国现行的《矿井水文地质规程》，按中等抗压强度岩层计算，可得最大冒落带高度（H=（3.4）M）为8.3m，最大导水裂隙带高度（ ）为39.3m。
4 钻孔施工
4.1 施工位置和参数
顶板覆岩破坏探测通常选择地质构造相对简单的区段进行钻孔布置，根据工作面实际条件和探测要求，决定在3234工作面风巷施工超前探测钻孔，钻孔参数如表1所示。1#孔主要研究沿走向“两带”发育规律，2#孔研究倾向“两带“发育规律：
孔号 角度（ ） 孔径（mm） 孔深（m） 套管长度（m） 钻孔控制范围
1 仰35 91 122 0 控制垂高75m，平距100m
2 仰30 91 92 2 控制垂高46m，水平距离57m
表1 现场监测钻孔参数表
4.2 钻孔电极布置技术要求
1#钻孔内共布置48个电极，电极间距为2.5m；同时自钻孔位置往切眼方向沿上风巷巷道顶板中布置16个电极，电极间距为3m，2#钻孔共布置48个电极，电极间距为1.8m；同时自钻孔往切眼方向上风巷巷道顶板中布置16个电极，电极间距为3m。目的是形成三维测试空间，保证对顶板岩层电阻率反演的真实性和准确性。
5 测试经过及数据分析
1#钻孔2008年8月23日第一次进行孔中电法数据采集，2008年9月30日工作面回采至孔口，完成了整個现场数据采集任务，共采集有效物理数据点数129024个。2#钻孔2008年9月30日第一次进行孔中电法数据采集，2009年3月14日工作面回采至孔口，完成了整个现场数据采集任务，共获得有效物理数据点数201600个。要求现场每天实际采集数据在2组以上，包括0.5s-50msAM数据、2s-50msAM数据和0.1s-50msABM数据三组，目的是加强对数据采集有效性的验证。对于电阻率变化较大的时间，每天选取其中较为稳定的一组进行数据反演与解释，另两组作为对比参考。
通过测试成果分析可以看出：
1）对3234工作面测试分析，冒落带高度8.1～8.5m，该段岩层电阻率值整体较高，有的甚至达到几千Ω.m以上，为典型的岩层破坏特征；裂隙带高度为29.0-32.5m，该段岩层电阻率值变化不均匀，局部达到几千Ω.m以上，且上下沟通特征明显，为破坏导通区。局部岩层电阻率值在1000Ω.m以下，其电阻率值显著增加但未表现出破坏特征。
2）本工作面回采平均煤厚按2.43m计算，其冒采比为3.4倍左右，裂高/采厚比为11.6—13.2倍。
3）电阻率法探测的冒落带高度与“三下”开采规程计算结果较为吻合。
6 结论
受现场条件所限，本次井下“两带”高度实测仅在33采区的3234工作面进行，所取得的数据具有一定的局限性，同时采用数值模拟等手段获得了其他工作面覆岩破坏高度值。建议今后工作面回采过程中加强井下实测工作，使得33采区煤层开采覆岩变形与破坏资料更为丰富、更加准确可靠。
参考文献
【1】李建楼，刘盛东，等.并行网络电法在煤层覆岩破坏监测中的应用【J】.煤田地质与勘探；2008，36（2）：61-64
【2】 李晓芹.电阻率层析成像用于水文地质勘探【J】.地震学报，1997，19（6）：
655-660
【3】 李峰，杨战旗.综放面覆岩破裂数值模拟及高位钻场参数优化【J】.中国煤炭，2012，38（1）：99-102
作者简介
陈富（1986-），男，助理工程师，2009年毕业于西安石油大学资源勘查工程专业，现从事煤矿安全监察工作。
关键词 两带高度 网络并行电法 测试
1 探测方法原理
本次使用的是采用的是先进的网络并行电法对32煤层顶板两带高度进行观测。数据采集仪器为网络并行电法仪，该仪器由安徽惠洲地下灾害研究设计院与江苏东华测试技术有限公司自主研制的新产品，其最大优势在于任一电极供电，可在其余所有电极同时进行电位测量，可清楚地反映探测区域的自然电位、一次供电场电位的变化情况，采集数据效率比传统的高密度电法仪又大大提高[1]。
网络并行电法仪采集的数据为全电场空间电位值，保持电位测量的同步性，避免了不同时间测量数据的干扰问题。该数据体特别适合于采用全空间三维电阻率反演技术。通过在钻孔中布置电法测线，采用网络并行电法仪观测不同位置不同标高的电位变化情况，通过三维电法反演，得出顶板探测剖面不同时段的电阻率分布情况，从而对岩层变形与破坏发育给出客观的地质解释[2]。
2 工作面概况
3234工作面位于33采区下山北翼的第二区段，工作面上区段（西）为3232工作面，下区段为3236工作面，均未准备，南到33采区下山。该煤层为Ⅰ水平32煤层，工作面标高-534.2～-615.4 m，地面标高+25.40～+25.50 m，走向长1200～1206 m，平均1203 m，倾斜长150～160 m，平均156m。工作面范围内煤系地层总体呈一单斜构造，西北部高，东南部低，有利于工作面的排水。煤层倾角15～40°，平均25°。根据三维地震勘探资料及机巷、风巷、切眼揭露资料分析，该工作面范围断层较发育，其中DF348是一条斜交正断层，落差3～13.5m左右，将工作面分成里外两部分，断层的特点为：多以斜交正断层为主。3234工作面主要充水水源系32煤层顶底板砂岩裂隙水。根据计算该回采工作面正常涌水量0.18m3/min，最大涌水量为0.26m3/min。
3 3234工作面两带高度的计算
通常“两带” 高度理论计算公式[3]：
冒落带高度为 = ，导水裂隙带高度为 =（2～3） ，其中：M为采高， 为岩石碎胀系数，α为煤层倾角。
3234工作面裂高测试段煤厚M平均为2.43m，一次采全高，顶板岩性为砂岩和泥岩交互出现，泥岩所占比例较大，属中硬型顶板类型，因此，岩石碎胀系数 可取1.35，煤层平均倾角为25，则冒落带高度为9m，导水裂隙带高度为18～27m。即理论冒高/采厚比约为3.7，裂高/采厚比为7.4～11.1。
根据我国现行的《矿井水文地质规程》，按中等抗压强度岩层计算，可得最大冒落带高度（H=（3.4）M）为8.3m，最大导水裂隙带高度（ ）为39.3m。
4 钻孔施工
4.1 施工位置和参数
顶板覆岩破坏探测通常选择地质构造相对简单的区段进行钻孔布置，根据工作面实际条件和探测要求，决定在3234工作面风巷施工超前探测钻孔，钻孔参数如表1所示。1#孔主要研究沿走向“两带”发育规律，2#孔研究倾向“两带“发育规律：
孔号 角度（ ） 孔径（mm） 孔深（m） 套管长度（m） 钻孔控制范围
1 仰35 91 122 0 控制垂高75m，平距100m
2 仰30 91 92 2 控制垂高46m，水平距离57m
表1 现场监测钻孔参数表
4.2 钻孔电极布置技术要求
1#钻孔内共布置48个电极，电极间距为2.5m；同时自钻孔位置往切眼方向沿上风巷巷道顶板中布置16个电极，电极间距为3m，2#钻孔共布置48个电极，电极间距为1.8m；同时自钻孔往切眼方向上风巷巷道顶板中布置16个电极，电极间距为3m。目的是形成三维测试空间，保证对顶板岩层电阻率反演的真实性和准确性。
5 测试经过及数据分析
1#钻孔2008年8月23日第一次进行孔中电法数据采集，2008年9月30日工作面回采至孔口，完成了整個现场数据采集任务，共采集有效物理数据点数129024个。2#钻孔2008年9月30日第一次进行孔中电法数据采集，2009年3月14日工作面回采至孔口，完成了整个现场数据采集任务，共获得有效物理数据点数201600个。要求现场每天实际采集数据在2组以上，包括0.5s-50msAM数据、2s-50msAM数据和0.1s-50msABM数据三组，目的是加强对数据采集有效性的验证。对于电阻率变化较大的时间，每天选取其中较为稳定的一组进行数据反演与解释，另两组作为对比参考。
通过测试成果分析可以看出：
1）对3234工作面测试分析，冒落带高度8.1～8.5m，该段岩层电阻率值整体较高，有的甚至达到几千Ω.m以上，为典型的岩层破坏特征；裂隙带高度为29.0-32.5m，该段岩层电阻率值变化不均匀，局部达到几千Ω.m以上，且上下沟通特征明显，为破坏导通区。局部岩层电阻率值在1000Ω.m以下，其电阻率值显著增加但未表现出破坏特征。
2）本工作面回采平均煤厚按2.43m计算，其冒采比为3.4倍左右，裂高/采厚比为11.6—13.2倍。
3）电阻率法探测的冒落带高度与“三下”开采规程计算结果较为吻合。
6 结论
受现场条件所限，本次井下“两带”高度实测仅在33采区的3234工作面进行，所取得的数据具有一定的局限性，同时采用数值模拟等手段获得了其他工作面覆岩破坏高度值。建议今后工作面回采过程中加强井下实测工作，使得33采区煤层开采覆岩变形与破坏资料更为丰富、更加准确可靠。
参考文献
【1】李建楼，刘盛东，等.并行网络电法在煤层覆岩破坏监测中的应用【J】.煤田地质与勘探；2008，36（2）：61-64
【2】 李晓芹.电阻率层析成像用于水文地质勘探【J】.地震学报，1997，19（6）：
655-660
【3】 李峰，杨战旗.综放面覆岩破裂数值模拟及高位钻场参数优化【J】.中国煤炭，2012，38（1）：99-102
作者简介
陈富（1986-），男，助理工程师，2009年毕业于西安石油大学资源勘查工程专业，现从事煤矿安全监察工作。