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[摘 要]通过在72煤层和10煤层运用网络并行电法进行“两带”发育分析得到的结果，推断和分析82煤层开采“两带”高度发育情况。为煤岩柱的合理留设和82煤层安全开采提供了重要依据。
[关键词]网络并行电法；两带高度，岩性物理力学性质；
中图分类号：TM727.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）12-0251-02
煤矿覆岩破坏参数是矿井合理留设防水煤柱的科学依据，是保障矿井安全生产和尽量回收煤炭资源的前提。煤层开采改变了岩体的原岩应力场，使得采场周围岩体特别是上覆岩体发生移动破坏。覆岩破坏的范围和程度直接决定着水体下采煤，提高开采上限的可能性和安全性。因此，搞清覆岩破坏移动规律就成为解放水体下压煤量和保证矿井安全生产所不可缺少的重要内容。利用网络并行电法探测技术在72煤、10煤层顶板进行“两带”发育探测成果，并结合7、8、10煤层顶板岩石的力学性质，从而分析82煤层开采“两带”高度发育情况，为今后82煤层上提面的开采提供技术依据。
1 相关煤层覆岩破坏实验
1.1 72煤层“两带”发育探测实验
7211工作面回采的72煤层属二叠系下统下石盒子组，根据工作面实揭及周围钻孔资料看，72煤大部分含一至三层夹矸，属复杂结构煤层；煤层有益厚度0.4～3.0m，平均2.2m，煤层平均倾角20°。平均采厚为2.9米，工作面宽度约为172米。通过在机巷J7点南22m位置布置电法探测装置，探测区域控制74米。根据钻孔间电极电流比值成像和孔孔电法反演电阻率成像，来监测顶板覆岩破坏变化规律。图1为7211面“两带”裂高孔布置平面图。
1.1.1 钻孔探测电极电流比值成像结果
图2为2012年9月14日、9月16日探测电极电流比值成像结果，由于工作面距孔口位置达123m以上，钻孔电极系统基本不受工作面回采影响，钻孔控制岩层无明显变形，电性特征基本稳定，所测电流比值基本在1左右。仅在岩层分界面附近，有少量变化，反映岩层界面附近存在层间弱面，电性有一定变化。
由探测结果图3可见，顶板顺层方向电流比值极小范围在垂直高度约0～9m处，可能反映垮落带高度；煤層顶板垂直高度约33m以下，电流比值明显低于0.5（后期明显低于0.04），反映为裂隙发育区；煤层顶板垂直高度约37m以上，电流比值基本在0.5以上（后期比值大于0.04），随采动无明显变化，为弯曲下沉带范围。
1.1.2 双孔透视电法数据解析
两探测孔为同一坐标系，对采集数据进行全空间电场电阻率反演。所有电阻率结果图像均采用统一图标，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。图4-为2012-9-14探测电阻率结果图，由于回采工作面距观测系统在127m以外，因此工作面采动应力对该范围无明显影响，代表双孔系统的岩层电阻率背景值。总体上，钻孔间岩层电阻率值多在400Ωm以下，反映了正常砂岩、泥岩层的电阻率背景值。
2012年10月23日到2012年11月7日，工作面距孔口距离40～7.5m。采空区电阻率值显著升高到1000Ωm以上，电阻率值呈现明显的分带现象：垂高8m以下，电阻率值最高；垂高8～32m，电阻率值高低不均，为裂隙带发育不均匀的反映；垂高32m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。该结果和电极电流比值变化结果基本一致。如图5所示。
1.1.3 7211工作面“两带”发育结论
钻孔电流比值成像结果给出“垮落带”的高度为9m，电阻率反演给出的“垮落带”的高度为8m。72煤顶板8～9米为中砂岩地层中部位置，因此，“垮落带”的高度确定为9m。该范围最后几天反演电阻率值达1000～2000Ωm以上，而未明显受采动影响的覆岩电阻率值通常为400Ωm以下，电阻率值升高到数倍以上，电流比值下降到0.05以下，为典型的“垮落带”电性特征；给出“导水裂缝带”的高度为33m。本工作面采动应力超前影响带距工作面范围为50～108m。
1.2 10煤层“两带”发育探测实验
10煤层属于二叠系下统山西组，以中厚煤层为主，平均煤厚3.17m，受构造及沉积的影响，局部煤厚变薄至0.6m；煤层结构简单，顶板以细、粉砂岩为主，底板以泥岩、细砂岩为主，该煤层至本组顶界（铝质泥岩之底），厚度43.5～75.7m，平均57.4m，岩性为砂岩、粉砂岩和泥岩；下距太原组一灰顶界面，厚度58.93～63.05m，平均61.66m。图6为1022工作面测试钻孔布置平面图，钻孔布置在风巷中，探测孔位于F21测点处巷道内帮顶板钻场，孔口标高-237.5m。孔实际深度约113m，孔内电缆安装总长为113m，钻孔倾角实际为39？。该钻孔实际控制垂高71.3m，实际控制水平距离93.2m。
对采集数据进行全空间电场电阻率反演。所有电阻率结果图像均采用统一图标，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。9月4日进行数据采集时，工作面距离孔口为99.4m，由于受到采动围岩压力的影响，局部出现视电阻率异常，但总体视电阻率值正常，岩性变化特征明显，能够为判断后续顶板岩层发生破坏变形提供判别依据。
2010年9月14日至9月29日的视电阻率成像剖面图8，此阶段工作面距离孔口的距离从56.2m推至超过孔口1.4m。随着工作面的推进，周期来压老顶垮落后，采动应力释放，岩层大量破碎，离层带裂隙范围扩大，裂隙相互连通，形成裂缝带或垮落带。分析认为孔断面中10煤层覆岩破坏“两带”高度为：
1）垮落带高度为12.5m，该段岩层电阻率值整体较高，有的甚至达到几千以上，9月26日到9月29日探测剖面下部岩层视电阻率值变化较为典型，为岩层破坏垮落特征；
2）导水裂缝带高度为44m，该段岩层电阻率值变化不均匀，局部达到几千以上，呈块状分布特征，且上下沟通迹象明显，为破坏导通区。
1022工作面探测结果是垮落带高度为12.5m，导水裂缝带高度为44m。
2 72、82、10煤层顶板岩石物理力学性质对比
3 82煤层覆岩破坏“两带”发育分析
通过在72煤层和10煤层运用网络并行电法进行“两带”发育分析，72煤层“垮落带”的高度确定为9m，“导水裂缝带”的高度为33m；10煤层1022工作面探测结果是垮落带高度为12.5m，导水裂缝带高度为44m。基于82煤层位于10煤层之上72煤层之下，结合各煤层顶板岩石力学性质，以此推断82煤层“垮落带”的高度为10m左右，“导水裂缝带”的高度为40m左右。
4 结论及建议
1、通过对72、10煤层“两带”值的测定，结合孙疃煤矿各煤层顶板岩石物理力学性质，采用类比的方法，推断82煤层“垮落带”的高度为10m左右，“导水裂缝带”的高度为40m左右。
2、对82煤层“两带”发育高度的分析，目前仅作为一个参考值，还应在今后的工作中作进一步的考证，以便找出其变化的规律性，为今后煤岩柱的合理留设提供技术依据。
参考文献
[1] 王兴泰.工程与环境物探新方法新技术.地质出版社，1996年.
[2] 刘盛东，张平松.高密度电阻率法观测煤层上覆岩层破坏·煤炭科学技术，2000年4月.
[关键词]网络并行电法；两带高度，岩性物理力学性质；
中图分类号：TM727.3 文献标识码：A 文章编号：1009-914X（2013）12-0251-02
煤矿覆岩破坏参数是矿井合理留设防水煤柱的科学依据，是保障矿井安全生产和尽量回收煤炭资源的前提。煤层开采改变了岩体的原岩应力场，使得采场周围岩体特别是上覆岩体发生移动破坏。覆岩破坏的范围和程度直接决定着水体下采煤，提高开采上限的可能性和安全性。因此，搞清覆岩破坏移动规律就成为解放水体下压煤量和保证矿井安全生产所不可缺少的重要内容。利用网络并行电法探测技术在72煤、10煤层顶板进行“两带”发育探测成果，并结合7、8、10煤层顶板岩石的力学性质，从而分析82煤层开采“两带”高度发育情况，为今后82煤层上提面的开采提供技术依据。
1 相关煤层覆岩破坏实验
1.1 72煤层“两带”发育探测实验
7211工作面回采的72煤层属二叠系下统下石盒子组，根据工作面实揭及周围钻孔资料看，72煤大部分含一至三层夹矸，属复杂结构煤层；煤层有益厚度0.4～3.0m，平均2.2m，煤层平均倾角20°。平均采厚为2.9米，工作面宽度约为172米。通过在机巷J7点南22m位置布置电法探测装置，探测区域控制74米。根据钻孔间电极电流比值成像和孔孔电法反演电阻率成像，来监测顶板覆岩破坏变化规律。图1为7211面“两带”裂高孔布置平面图。
1.1.1 钻孔探测电极电流比值成像结果
图2为2012年9月14日、9月16日探测电极电流比值成像结果，由于工作面距孔口位置达123m以上，钻孔电极系统基本不受工作面回采影响，钻孔控制岩层无明显变形，电性特征基本稳定，所测电流比值基本在1左右。仅在岩层分界面附近，有少量变化，反映岩层界面附近存在层间弱面，电性有一定变化。
由探测结果图3可见，顶板顺层方向电流比值极小范围在垂直高度约0～9m处，可能反映垮落带高度；煤層顶板垂直高度约33m以下，电流比值明显低于0.5（后期明显低于0.04），反映为裂隙发育区；煤层顶板垂直高度约37m以上，电流比值基本在0.5以上（后期比值大于0.04），随采动无明显变化，为弯曲下沉带范围。
1.1.2 双孔透视电法数据解析
两探测孔为同一坐标系，对采集数据进行全空间电场电阻率反演。所有电阻率结果图像均采用统一图标，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。图4-为2012-9-14探测电阻率结果图，由于回采工作面距观测系统在127m以外，因此工作面采动应力对该范围无明显影响，代表双孔系统的岩层电阻率背景值。总体上，钻孔间岩层电阻率值多在400Ωm以下，反映了正常砂岩、泥岩层的电阻率背景值。
2012年10月23日到2012年11月7日，工作面距孔口距离40～7.5m。采空区电阻率值显著升高到1000Ωm以上，电阻率值呈现明显的分带现象：垂高8m以下，电阻率值最高；垂高8～32m，电阻率值高低不均，为裂隙带发育不均匀的反映；垂高32m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。该结果和电极电流比值变化结果基本一致。如图5所示。
1.1.3 7211工作面“两带”发育结论
钻孔电流比值成像结果给出“垮落带”的高度为9m，电阻率反演给出的“垮落带”的高度为8m。72煤顶板8～9米为中砂岩地层中部位置，因此，“垮落带”的高度确定为9m。该范围最后几天反演电阻率值达1000～2000Ωm以上，而未明显受采动影响的覆岩电阻率值通常为400Ωm以下，电阻率值升高到数倍以上，电流比值下降到0.05以下，为典型的“垮落带”电性特征；给出“导水裂缝带”的高度为33m。本工作面采动应力超前影响带距工作面范围为50～108m。
1.2 10煤层“两带”发育探测实验
10煤层属于二叠系下统山西组，以中厚煤层为主，平均煤厚3.17m，受构造及沉积的影响，局部煤厚变薄至0.6m；煤层结构简单，顶板以细、粉砂岩为主，底板以泥岩、细砂岩为主，该煤层至本组顶界（铝质泥岩之底），厚度43.5～75.7m，平均57.4m，岩性为砂岩、粉砂岩和泥岩；下距太原组一灰顶界面，厚度58.93～63.05m，平均61.66m。图6为1022工作面测试钻孔布置平面图，钻孔布置在风巷中，探测孔位于F21测点处巷道内帮顶板钻场，孔口标高-237.5m。孔实际深度约113m，孔内电缆安装总长为113m，钻孔倾角实际为39？。该钻孔实际控制垂高71.3m，实际控制水平距离93.2m。
对采集数据进行全空间电场电阻率反演。所有电阻率结果图像均采用统一图标，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。9月4日进行数据采集时，工作面距离孔口为99.4m，由于受到采动围岩压力的影响，局部出现视电阻率异常，但总体视电阻率值正常，岩性变化特征明显，能够为判断后续顶板岩层发生破坏变形提供判别依据。
2010年9月14日至9月29日的视电阻率成像剖面图8，此阶段工作面距离孔口的距离从56.2m推至超过孔口1.4m。随着工作面的推进，周期来压老顶垮落后，采动应力释放，岩层大量破碎，离层带裂隙范围扩大，裂隙相互连通，形成裂缝带或垮落带。分析认为孔断面中10煤层覆岩破坏“两带”高度为：
1）垮落带高度为12.5m，该段岩层电阻率值整体较高，有的甚至达到几千以上，9月26日到9月29日探测剖面下部岩层视电阻率值变化较为典型，为岩层破坏垮落特征；
2）导水裂缝带高度为44m，该段岩层电阻率值变化不均匀，局部达到几千以上，呈块状分布特征，且上下沟通迹象明显，为破坏导通区。
1022工作面探测结果是垮落带高度为12.5m，导水裂缝带高度为44m。
2 72、82、10煤层顶板岩石物理力学性质对比
3 82煤层覆岩破坏“两带”发育分析
通过在72煤层和10煤层运用网络并行电法进行“两带”发育分析，72煤层“垮落带”的高度确定为9m，“导水裂缝带”的高度为33m；10煤层1022工作面探测结果是垮落带高度为12.5m，导水裂缝带高度为44m。基于82煤层位于10煤层之上72煤层之下，结合各煤层顶板岩石力学性质，以此推断82煤层“垮落带”的高度为10m左右，“导水裂缝带”的高度为40m左右。
4 结论及建议
1、通过对72、10煤层“两带”值的测定，结合孙疃煤矿各煤层顶板岩石物理力学性质，采用类比的方法，推断82煤层“垮落带”的高度为10m左右，“导水裂缝带”的高度为40m左右。
2、对82煤层“两带”发育高度的分析，目前仅作为一个参考值，还应在今后的工作中作进一步的考证，以便找出其变化的规律性，为今后煤岩柱的合理留设提供技术依据。
参考文献
[1] 王兴泰.工程与环境物探新方法新技术.地质出版社，1996年.
[2] 刘盛东，张平松.高密度电阻率法观测煤层上覆岩层破坏·煤炭科学技术，2000年4月.