智能化采煤工作面示意图：采煤工作面底板水视电阻率全方位探测方法
智能化采煤工作面示意图：采煤工作面底板水视电阻率全方位探测方法我国华北地区深部煤层开采受水害威胁日益严重 常因采煤工作面底板灰岩富水而处于承压开采的状态 是水害致灾事故的高发区。 因此对采煤工作面底板水害的分布特征进行探查与分析 准确判定富水区位置是保障安全生产的一项重要工作。 实际中因煤层采动引起的底板岩层破坏范围大于采煤工作面范围 故采煤工作面底板水害防治区域应包括工作面双巷、面内及双巷外侧一定距离的底板岩层。 研究背景 胡雄武1 2 3 孟当当3 张平松3 吴荣新3作者单位 1. 安徽理工大学 深部煤层采动响应与灾害防控国家重点实验室;2. 安徽理工大学 矿山地质灾害防治与环境保护安徽普通高校重点实验室;3. 安徽理工大学 地球与环境学院
【能源人都在看，点击右上角加'关注'】
创新点
在分析现有单巷电测深和双巷电透视方法优缺点的基础上，通过单巷正反三极联合测深数据和双巷超高密度透视数据的采集并进行联合反演，提出了采煤工作面视电阻率全方位探测方法。针对5个不同方位的低阻球状模型，全方位和双巷透视方法的视电阻率数据反演结果显示，前者对5个模型的空间定位准确，而后者仅对工作面内及巷道底板3个模型的空间定位较准确，对工作面外侧2个模型定位误差大，表明单巷测深数据与双巷透视数据之间能够相互约束，有效实现球状模型的准确归位，体现了全方位视电阻率探测方法的优越性。工程实践进一步表明该方法可对采煤工作面底板水进行准确的空间定位，从而为矿井水害防治提供有力的技术支持。
作 者
胡雄武1 2 3 孟当当3 张平松3 吴荣新3
作者单位
1. 安徽理工大学 深部煤层采动响应与灾害防控国家重点实验室;2. 安徽理工大学 矿山地质灾害防治与环境保护安徽普通高校重点实验室;3. 安徽理工大学 地球与环境学院
研究背景
我国华北地区深部煤层开采受水害威胁日益严重 常因采煤工作面底板灰岩富水而处于承压开采的状态 是水害致灾事故的高发区。 因此对采煤工作面底板水害的分布特征进行探查与分析 准确判定富水区位置是保障安全生产的一项重要工作。 实际中因煤层采动引起的底板岩层破坏范围大于采煤工作面范围 故采煤工作面底板水害防治区域应包括工作面双巷、面内及双巷外侧一定距离的底板岩层。
目前 地球物理探测是采煤工作面地质保障技术的一种重要手段 其中矿井瞬变电磁法、矿井单巷电法(包括直流电测深、高密度直流电阻率法等)和双巷电透视法(包括直流电透视、音频电透视、双巷网络并行电法等)是采煤工作面底板水害探查的主要方法。
实践表明:矿井瞬变电磁法在进行采煤工作面探水时受巷道内金属体干扰严重 实测数据质量较低 探查结果的可靠性较差;矿井单巷电法对巷道周边围岩中的赋水性分布特征具有良好的判定能力 但不能确定富水区是位于采煤工作面内侧或外侧 且当工作面倾斜长度较大时 该方法对采煤工作面内底板富水区探测能力较差;双巷电透视法对采煤工作面内部底板岩层的富水区判定效果较好 但对巷道底板及其外侧富水区的判定能力不足。
由此可见 上述方法均不能全面而准确地探测采煤工作面底板岩层的赋水性分布特征。鉴于上述传统方法的不足 笔者考虑单巷电法和双巷电透视法测试结果之间的互补特点 拟通过视电阻率观测与反演方法的改进 提出视电阻率全方位探测方法 并通过数值模拟和工程实践表明该方法的准确性和可靠性。
摘 要
深部煤层开采受下伏灰岩水害威胁日益严重 探测采煤工作面底板富水区是保障安全生产的一项重要工作。 目前 矿井电法是富水区探测的主要手段之一 但存在对富水区定位不准的问题。
为进一步提高对采煤工作面底板岩层富水区的判定精度 在充分分析单巷电法和双巷电透视法优缺点的基础上 通过对视电阻率观测与反演方法的改进 提出视电阻率全方位探测方法。
以全空间球状模型为例 给出了球状模型外空间中任意三极装置的视电阻率表达式。针对采煤工作面内侧、巷道和外侧底板不同位置的5个低电阻率模型 分别计算了全方位和双巷透视视电阻率数据 通过三维反演分别获得了采煤工作面底板岩层的电阻率图像 对比可见:
①在平面上 前者的低阻核心区与5个模型位置一致;后者的低阻核心区与工作面内侧及巷道底板的3个模型位置一致 而与工作面外侧底板的2个模型位置存在误差 误差系数分别为1.0和2.0 反映工作面外侧模型距离巷道越远 误差则越大。
②在垂向上 两者对模型深度的判定均存在不同程度的误差 但相比而言 前者定位误差小 对模型深度的判定更准确。
分析结果表明在全方位视电阻率反演过程中 单巷测深数据与双巷透视数据之间能够相互约束 促使低电阻率球状模型的准确归位 体现了全方位视电阻率探测方法的优越性。工程实践进一步表明了该方法的准确性和可靠性。
作者简介
胡雄武，男，1984年3月15日生，安徽绩溪人，博士，硕士生导师，现任教于安徽理工大学地球与环境学院，从事勘查技术与工程专业方面的教 学与科研工作。
研究方向
矿山电磁法勘探设备开发与应用、岩土工程物探
主要成果
致力于坑道超前探测技术、矿井采煤工作面顶底板隐伏地质构造、水害等多灾源立体探测与监测技术、水库渗漏快速检测技术及其软件开发等工程应用领域的研究，重点以对直流电阻率法和相关电磁方法（包括电磁波CT、TEM等）的仪器设备、工作方法和正反演解释技术等研究为主，发表研究论文20多篇，获多项专利和软件著作权。主持研发了YCS 256/512矿井瞬变电磁仪以及YBT32矿井大透距音频电法等仪器，提出了考虑关断时间的全空间全程视电阻率算法及其扩散叠加成像方法，以及采煤工作面底板水视电阻率全方位探测方法等创新成果，一定程度上为煤矿安全高效生产提供了技术支持。
文中图片
全方位电阻率探测示意
全方位电阻率反演流程
全空间球状导电模型示意
工作面底板球状电阻率模型
全方位数据体反演结果
不同位置模型的视电阻率(Ω·m)数据反演结果
1233工作面底板相对低阻区分布
来源：
胡雄武 孟当当 张平松 等. 采煤工作面底板水视电阻率全方位探测方法[J]. 煤炭学报 2019 44(8):2369-2376.
HU Xiongwu MENG Dangdang ZHANG Pingsong et al. An all-directional detection method of apparent resistivity for water from the floor strata of coal-mining face[J]. Journal of China Coal Society 2019 44(8):2369-2376.
责任编辑：郭晓炜编辑整理：郭晓炜
审 核：常琛
End
往期精彩
钱鸣高 许家林：煤炭开采与岩层运动
王家臣：我国放顶煤开采的工程实践与理论进展
袁亮院士视频讲解煤炭精准开采科学构想
谢和平 鞠杨 高明忠 等：煤炭深部原位流态化开采的理论与技术体系
王国法，刘峰，庞义辉，等：煤矿智能化——煤炭工业高质量发展的核心技术支撑
联系我们
联系人：郭晓炜
电话：010-84262930-811
邮箱：guoxiaowei@chinacs.org.cn
网址：www.mtxb.com.cn
本平台刊登的《煤炭学报》所有稿件均按照国家版权局有关规定支付了相应稿酬，《煤炭学报》享有稿件的信息网络传播权。未经授权，不得匿名转载。本平台所使用的图片属于相关权利人所有，因客观原因，部分作品如存在不当使用的情况，请相关权利人随时与我们联系。
免责声明：以上内容转载自煤炭学报，所发内容不代表本平台立场。
全国能源信息平台010-65367827，邮箱：hz@people-energy.com.cn，地址：北京市朝阳区金台西路2号人民日报社
