直流电法覆岩破坏探测关键技术研究

论文摘要

随着煤层采动的进行,顶板覆岩产生垮落带与导水裂缝带,底板覆岩产生破坏变形,若裂隙发育至煤层附近隐伏含水层,将会导致突水事故的发生,因此对覆岩破坏探测技术的研究具有十分重要的意义。覆岩的破坏会导致其电性发生明显变化,采用地电场方法对覆岩破坏进行研究,具有针对性。论文分别研究了全空间视电阻率法、钻孔视电阻率超前探测以及自然电位法在覆岩破坏探测中的响应,综合三种方法对覆岩破坏发育进行探测,为煤矿安全生产提供技术依据。通过研究覆岩破坏时电阻率变化规律及破坏带发育高度经验公式,建立不同顶板岩性、不同采厚、不同采动阶段的覆岩破坏地电模型,进行正演模拟后得到:随采动进入不同阶段,模型视电阻率发生相应的升高,其中垮落带电阻率可升高至4倍(以砂岩为背景),导水裂隙带电阻率升高至11倍(以泥岩为背景),结合工程研究,现场探测垮落带视电阻率升高6倍(以泥岩为背景)。建立钻孔全空间电法超前探模型,改变异常体位置进行正演模拟,将模拟所得电阻率极值位置与异常设定位置进行对比后得到超前探线性系数范围为0.1~0.33。进行钻孔全空间电法超前探现场实验,所得线性系数范围为0.14~0.34。数值模拟与现场实验所得线性系数范围相互映证。结合工程研究,提出了钻孔岩性自训练超前探测法,利用自训练的线性系数对超前探范围作出调整,解决了钻孔垂直控制高度不够导致不能探测孔外裂隙带的工程难题。研究自然电位形式解,认识到覆岩破裂导致岩层电阻率梯度变化,进而导致自然电位发生相应改变;天然渗流自然电位监测实验发现:渗流发生时自然电位整体下降,渗流结束时自然电位恢复原状,证明自然电位受岩性电阻率的控制且具有反映裂隙渗流的能力。提出了工程实际监测过程中,自然电位数据的采集、处理、分析方法,利用自然电位法对覆岩破坏状态作出评价。本文分别利用数值模拟,现场实验以及工程实例,对直流电法覆岩破坏探测关键技术进行研究,研究认为:首先利用视电阻率技术对破坏带发育高度进行初步探测,若钻孔垂直控制高度低于破坏带发育高度,则利用全空间电法超前探技术进行补充探测,最后利用自然电位法对覆岩破裂与渗流情况进行判断,综合利用三种方法对采动覆岩破坏进行长期监测,能准确判断覆岩破坏过程,可有效预测预报顶底板水害事故。该论文有图66幅,表13个,参考文献94篇

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文章来源

类型: 硕士论文

作者: 谢晶岩

导师: 刘盛东

关键词: 覆岩破坏,视电阻率法,电法超前探,自然电位法,动态监测

来源: 中国矿业大学

年度: 2019

分类: 基础科学,工程科技Ⅰ辑

专业: 地质学,地球物理学,矿业工程,矿业工程

单位: 中国矿业大学

基金: 国家自然科学基金项目(NO:41804106,41604082,51734009),江苏省自然科学基金项目(BK20170274)

分类号: TD325;P631.3

DOI: 10.27623/d.cnki.gzkyu.2019.000062

总页数: 107

文件大小: 6921K

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