基于并行电法的多孔多巷电阻率立体探测研究

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近年矿井工作面底板水害事件频发,威胁日益严重,精细探测回采工作面底板岩层富水性并监测底板改造效果是煤矿水害防治的重要环节。针对现有电法探测技术观测方式较为单一、对于工作面底板三维地质信息获取不足的缺陷,论文提出综合利用多钻孔、多巷道等多个空间位置的观测信息的多孔多巷立体电阻率探测技术。通过开展底板异常体电阻率响应规律数值模拟研究、水槽物理模型底板异常体电阻率响应的规律研究以及工作面底板富水性探测,获取多孔多巷电阻率探测方法的异常体响应特征。主要研究成果如下:(1)建立了工作面底板电法探测数值模型,对比研究了巷道及钻孔多种组合观测方式下的异常体电阻率响应特征,获得了观测系统最佳布置方案。对比常规双巷立体探测系统,突出其探测深度与精度优势。进一步研究了巷道水平与巷道倾斜两种条件下多孔多巷系统对于异常体形态、埋深、发育位置、发育尺寸、个数等各项属性的电阻率响应特征规律,数值验证了该系统在工作面底板岩层电阻率高精度探查的可行性。(2)基于实测工作面现场条件等比缩小构建水槽模型,揭示了多孔多巷系统对高、低阻异常体电阻率响应特征。通过开展多组异常体对比实验,揭示了多孔多巷系统对高、低阻异常体电阻率响应规律,明确了多孔多巷电阻率立体系统对底板高、低阻异常体在精细定位、发育尺寸测定、发育形态等多个方面的探测有效性,获取各异常体的电阻率响应特征,计算了反演结果与实际异常体体积、位置的拟合精度,从物理实验角度验证了多孔多巷电阻率立体探测技术的可靠性。(3)运用多孔多巷电阻率立体探测技术开展某矿3103工作面底板富水性现场实测,阐明了治理前后底板整体电阻率分布差异规律。注浆之前底板存在一个明显的上下连通低阻异常区,低阻区电阻率值低于10Ω·m。该低阻位于下底抽巷道东侧,发育深度导通底板下80-150m。治理后底板整体电阻率明显升高,电阻率值上升至40Ω·m以上且趋于稳定,低阻异常基本消失,底板转为弱富水性。同时进一步获得了富水区放水、注浆连续期间的电阻率特征变化规律:放水前底板水聚集低阻范围逐渐增大、放水后低阻减小,浆液注入过程中低阻又增大、直至浆液凝固电阻率稳步升高最终趋于稳定。最后,通过多检查钻孔注水检验注浆效果,确认了底板下0-120m段整体形成了有效隔水层,验证了多孔多巷电阻率立体探测技术在底板岩层富水性探测及底板改造监测中的有效性。本论文有图74张,表1个,参考文献91篇。
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