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[摘 要]为获取邹庄煤矿3204工作面开采覆岩"两带"高度，根据3204工作面地质条件，布置了2站钻孔网络并行电法观测站，并通过分析工作面开采过程中的顶板岩层电流比值及电阻率值变化特征，得知了垮落带高度为11～12.5m，导水裂缝带高度为41～43m。该探测结果为邹庄煤矿其他采区开采时的防治水与支护工作提供了安全保障。
[关键词]综采工作面 覆岩 “两带” 网络并行电法
中图分类号：G123 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）07-0334-02
前言
采用全部垮落式开采技术的煤矿工作面，煤层开采后，其上覆岩层必然会产生岩层移动及破坏，形成“垮落带”、“导水裂缝带”和“弯曲下沉带”[1-4]。淮北矿区工作面开采受四含水威胁严重，因此，开展覆岩“三带”的发育规律研究不仅对提高煤层的开采安全性具有重要的意义，而且对于瓦斯抽排孔的设计与布置也具有重要的指导意义。
本次采用并行网络电法对邹庄煤矿3204工作面的覆岩“两带”高度进行观测，并行网络电法是集电测深和电剖面法于一体的一种多装置、多极距的组合方法，与传统的高密度电阻率法相比，它具有采集速度快并可远程控制以及在线观测的优点，因此得到更广泛应用。
通过在两带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，得出孔巷间的电阻率分布情况，从而给出客观的两带高度发育规律地质解释。
1.工作面概况
3204工作面为本井田首采面，四周均无采掘情况。东临DF12断层，南到工业广场保护煤柱，西临DF8断层与32采区边界线，北到邹庄煤矿采区边界，走向长度1500米，倾斜长度225米（如图1）。煤层赋存较稳定，结构为复杂。32煤厚1.9～3.6米，平均2.90米。32煤局部含1～2层夹矸，夹矸厚0.10～0.50米。煤厚变化不大，煤层较稳定。
2.覆岩两带高度预算
通常“两带” 高度理论计算公式为：垮落带高度为=，导水裂缝带高度为=20+10，其中：M为累计采厚。
3204工作面裂高测试段采高M平均为3.2m，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，则垮落带高度为11.6m，导水裂缝带高度为45.8m。即理论垮落高/采厚比约为3.63，裂高/采厚比为14.3。
3.钻孔施工
3.1 施工位置及参数
在3204工作面共施工了两个观测站，1#观测站在风巷测点F20向里10米的高位钻场中，距开切眼232m；2#观测站在风巷12#高位钻场中，距开切眼135m。
3.2 钻孔及信号质量要求
电法监测钻孔开孔孔径108mm，终孔孔径均为75mm。长孔中布置64个电极，短孔中布置32个电极，电极间距2m 以内，并按先里后外的顺序用PVC 导杆送入预定位置，并用偶合剂耦合在钻孔壁上。钻孔严格按照设计方位进行钻进，确保施工质量，不发生偏斜。同时为了保证电极与孔壁耦合良好，电极放置到位后须将钻孔用水泥浆注实。
信号线的铺设探测采用屏蔽电缆作为信号传输线。为了保证测试数据减小干扰和测试的安全性，电缆在安装后应拉至回风巷内测。并做好防水防尘工作。
4.双孔电法探测电阻率动态变化及“两带”解释
4.1 1#观测站电法探测电阻率动态变化及“两带”解释
1#观测站双孔电法透视电阻率变化及“两带”解释如图3所示，工作面距孔口距离126m，电阻率值无明显升高，表明观测范围岩层未显著受采动应力影响；观测范围局部电阻率值有所升高，特别是距钻孔孔口64m时，电阻率值有明显升高，表明该范围已经受采动应力超前影响，超前影响距离达32到52m左右；当工作面距孔口距离44m，观测范围电阻率值均有所升高，特别是距回采工作面位置右侧及上方，电阻率值均有显著升高，表明裂隙带已开始进入观测范围；当工作面回采距离孔口距离越来越小时，采空区电阻率值显著升高到1500Ωm以上，电阻率值呈现明显的分带现象：垂高11m以下，电阻率值最高；垂高11～41m，电阻率值高低不均，为裂隙带发育不均匀的反映；垂高41m以上，电阻率值相对最低，分布均匀，可能为弯曲下沉带的范围。综合分析电流比值、电阻率值变化特征，可以判断垮落带高度11m，导水裂缝带高度为41m。
4.2 2#观测站电法探测电阻率动态变化及“两带”解释
2#观测站双孔电法透视电阻率变化及“两带”解释如图4所示，工作面距孔口距离100m，观测范围局部电阻率值有所升高；当工作面距孔口距离43m，采空区上方电阻率值显著升高到1000Ωm以上，观测范围已初步出现电阻率分带现象；当工作面回采距离孔口位置趋近于0m时，采空区电阻率值显著升高到1500Ωm以上，电阻率值呈现明显的分带现象：垂高12.5m以下，电阻率值最高；垂高12.5～43m，电阻率值高低不均，为裂隙带发育不均匀的反映；垂高43m以上，电阻率值相对最低，分布均匀，可能为弯曲下沉带的范围。综合电阻率值变化特征，可以判断垮落带高度12.5m，导水裂缝带高度为43m。
综上分析，对于本次煤层开采覆岩破坏“两带”，探测结果为：垮落带高度为11～12.5m，导水裂缝带高度为41～43m。本工作面裂高探测区平均采高为3.2m，因此，垮高/采厚比为3.4～3.9，裂高/采厚比为12.8～13.4。
5.结论
（1）“两带”发育情况：垮落带高度为11～12.5m，导水裂缝带高度为41～45.8m。本工作面裂高探测区平均采高为3.2m，因此，垮高/采厚比为3.4～3.9，裂高/采厚比为12.8～13.4。
（2）该探测结果对邹庄矿今后工作面的超前防治水与支护工作具有很好的指导意义。
参考文献
[1] 缪协兴，陈荣华，浦海，等.采場覆岩厚关键层破断与冒落规律分析[J].岩石力学与工程学报，2005，24（8）：1289-1295.
[2] 杨科，谢广祥. 采动裂隙分布及其演化特征的采厚效应[J].煤炭学报，2008，33（10）：1092-1096.
[3] 张平松，刘盛东，吴荣新，等.采煤面覆岩变形与破坏立体电法动态测试[J].岩石力学与工程学报2009，28（9）：1870-1875.
[4] 刘盛东，吴荣新，张平松，等.高密度电阻率法观测煤层上覆岩层破坏[J].煤炭科学技术，2001，29（4）：18-20.
作者简介
王宗涛，男，（1985，8），毕业于安徽理工大学，学士，现为安徽惠洲地质安全研究院股份有限公司工程技术部副部长，从事地质勘探方面的研究工作。
[关键词]综采工作面 覆岩 “两带” 网络并行电法
中图分类号：G123 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2015）07-0334-02
前言
采用全部垮落式开采技术的煤矿工作面，煤层开采后，其上覆岩层必然会产生岩层移动及破坏，形成“垮落带”、“导水裂缝带”和“弯曲下沉带”[1-4]。淮北矿区工作面开采受四含水威胁严重，因此，开展覆岩“三带”的发育规律研究不仅对提高煤层的开采安全性具有重要的意义，而且对于瓦斯抽排孔的设计与布置也具有重要的指导意义。
本次采用并行网络电法对邹庄煤矿3204工作面的覆岩“两带”高度进行观测，并行网络电法是集电测深和电剖面法于一体的一种多装置、多极距的组合方法，与传统的高密度电阻率法相比，它具有采集速度快并可远程控制以及在线观测的优点，因此得到更广泛应用。
通过在两带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，得出孔巷间的电阻率分布情况，从而给出客观的两带高度发育规律地质解释。
1.工作面概况
3204工作面为本井田首采面，四周均无采掘情况。东临DF12断层，南到工业广场保护煤柱，西临DF8断层与32采区边界线，北到邹庄煤矿采区边界，走向长度1500米，倾斜长度225米（如图1）。煤层赋存较稳定，结构为复杂。32煤厚1.9～3.6米，平均2.90米。32煤局部含1～2层夹矸，夹矸厚0.10～0.50米。煤厚变化不大，煤层较稳定。
2.覆岩两带高度预算
通常“两带” 高度理论计算公式为：垮落带高度为=，导水裂缝带高度为=20+10，其中：M为累计采厚。
3204工作面裂高测试段采高M平均为3.2m，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，则垮落带高度为11.6m，导水裂缝带高度为45.8m。即理论垮落高/采厚比约为3.63，裂高/采厚比为14.3。
3.钻孔施工
3.1 施工位置及参数
在3204工作面共施工了两个观测站，1#观测站在风巷测点F20向里10米的高位钻场中，距开切眼232m；2#观测站在风巷12#高位钻场中，距开切眼135m。
3.2 钻孔及信号质量要求
电法监测钻孔开孔孔径108mm，终孔孔径均为75mm。长孔中布置64个电极，短孔中布置32个电极，电极间距2m 以内，并按先里后外的顺序用PVC 导杆送入预定位置，并用偶合剂耦合在钻孔壁上。钻孔严格按照设计方位进行钻进，确保施工质量，不发生偏斜。同时为了保证电极与孔壁耦合良好，电极放置到位后须将钻孔用水泥浆注实。
信号线的铺设探测采用屏蔽电缆作为信号传输线。为了保证测试数据减小干扰和测试的安全性，电缆在安装后应拉至回风巷内测。并做好防水防尘工作。
4.双孔电法探测电阻率动态变化及“两带”解释
4.1 1#观测站电法探测电阻率动态变化及“两带”解释
1#观测站双孔电法透视电阻率变化及“两带”解释如图3所示，工作面距孔口距离126m，电阻率值无明显升高，表明观测范围岩层未显著受采动应力影响；观测范围局部电阻率值有所升高，特别是距钻孔孔口64m时，电阻率值有明显升高，表明该范围已经受采动应力超前影响，超前影响距离达32到52m左右；当工作面距孔口距离44m，观测范围电阻率值均有所升高，特别是距回采工作面位置右侧及上方，电阻率值均有显著升高，表明裂隙带已开始进入观测范围；当工作面回采距离孔口距离越来越小时，采空区电阻率值显著升高到1500Ωm以上，电阻率值呈现明显的分带现象：垂高11m以下，电阻率值最高；垂高11～41m，电阻率值高低不均，为裂隙带发育不均匀的反映；垂高41m以上，电阻率值相对最低，分布均匀，可能为弯曲下沉带的范围。综合分析电流比值、电阻率值变化特征，可以判断垮落带高度11m，导水裂缝带高度为41m。
4.2 2#观测站电法探测电阻率动态变化及“两带”解释
2#观测站双孔电法透视电阻率变化及“两带”解释如图4所示，工作面距孔口距离100m，观测范围局部电阻率值有所升高；当工作面距孔口距离43m，采空区上方电阻率值显著升高到1000Ωm以上，观测范围已初步出现电阻率分带现象；当工作面回采距离孔口位置趋近于0m时，采空区电阻率值显著升高到1500Ωm以上，电阻率值呈现明显的分带现象：垂高12.5m以下，电阻率值最高；垂高12.5～43m，电阻率值高低不均，为裂隙带发育不均匀的反映；垂高43m以上，电阻率值相对最低，分布均匀，可能为弯曲下沉带的范围。综合电阻率值变化特征，可以判断垮落带高度12.5m，导水裂缝带高度为43m。
综上分析，对于本次煤层开采覆岩破坏“两带”，探测结果为：垮落带高度为11～12.5m，导水裂缝带高度为41～43m。本工作面裂高探测区平均采高为3.2m，因此，垮高/采厚比为3.4～3.9，裂高/采厚比为12.8～13.4。
5.结论
（1）“两带”发育情况：垮落带高度为11～12.5m，导水裂缝带高度为41～45.8m。本工作面裂高探测区平均采高为3.2m，因此，垮高/采厚比为3.4～3.9，裂高/采厚比为12.8～13.4。
（2）该探测结果对邹庄矿今后工作面的超前防治水与支护工作具有很好的指导意义。
参考文献
[1] 缪协兴，陈荣华，浦海，等.采場覆岩厚关键层破断与冒落规律分析[J].岩石力学与工程学报，2005，24（8）：1289-1295.
[2] 杨科，谢广祥. 采动裂隙分布及其演化特征的采厚效应[J].煤炭学报，2008，33（10）：1092-1096.
[3] 张平松，刘盛东，吴荣新，等.采煤面覆岩变形与破坏立体电法动态测试[J].岩石力学与工程学报2009，28（9）：1870-1875.
[4] 刘盛东，吴荣新，张平松，等.高密度电阻率法观测煤层上覆岩层破坏[J].煤炭科学技术，2001，29（4）：18-20.
作者简介
王宗涛，男，（1985，8），毕业于安徽理工大学，学士，现为安徽惠洲地质安全研究院股份有限公司工程技术部副部长，从事地质勘探方面的研究工作。