基于极化率参数的隐伏构造突水监测技术研究

作     者：张小楷 

作者单位：中国矿业大学 

学位级别：硕士

导师姓名：刘志新

授予年度：2021年

学科分类：0819[工学-矿业工程] 081903[工学-安全技术及工程] 08[工学] 

主      题：极化率 底板突水 三维直流电法 动态监测 

摘      要：采煤工作面回采之前,需查明采动影响范围内的隐伏地质构造,并对其富水性情况进行定性或者半定量评价。由于常规探测技术及其解释精度的限制,对一些小规模的隐伏构造或裂隙无法进行有效识别。在煤炭开采过程中,由于采动影响,隐伏断层、陷落柱等较小的地质构造内部裂隙将进一步发育,形成潜在的隐伏导水通道。当裂隙带发展到含水层时形成导水通道,含水层中的水将沿着裂隙带涌向采空区,导致采空区滞后突水事故发生。为了对采空区底板隐伏地质构造进行实时动态监测,本论文提出了基于极化率参数的隐伏构造突水过程监测系统,采用三维直流电法装置形式,利用理论分析、数值模拟和物理模型实验的方法,研究了采空区底板下陷落柱构造不同突水阶段地层电性参数变化规律,丰富了底板突水动态监测技术体系,为煤矿防治水工作提供了强有力的技术支持。首先通过数值模拟,研究了采空区底板下含水陷落柱的水位导升、位置向工作面靠近和位置向采空区边界移动过程中所引起的底板电位和极化率变化情况。从电位参数正演的结果从可以得到,单点电源供电情况时,底板电位及钻孔曲线异常极值位置,大小可直接圈定异常体大致位置,同时得到水位上升信息。双点电源供电时,电位极大值与极小值之间的中点位置和异常大小能反映含水陷落柱的位置和水位变化。其次在电位参数的基础之上利用极化率参数对底板含水陷落柱不同水位,位置横向和纵向变化进行正演。单点供电时结果显示与电位参数结果相似,通过底板极化率等值线图和钻孔测线图能基本圈定异常体位置和水位变化情况。双点供电时,极化率对底板含水异常体的响应不是很明显,能大致找到异常体位置,但是水位信息规律不明显。得到极化率监测底板突水单点供电效果比双点供电效果好,便于井下施工。根据相似性准则,设计制作了物理模型实验平台,进行了极化率三维监测物理模型实验。实验结果采用了电阻率与极化率三维立体图的对比,极化率截面极化率变化和斜向钻孔测线监测分析。结果显示随着水位上升,异常极化率逐渐增大,通过钻孔测线观测到异常体位置和极化率值随着水位上升而逐渐升高。验证了基于极化率参数的隐伏构造突水过程监测技术的可行性,为矿井安全生产提供参考依据。