顾北矿11-2煤层开采覆岩破坏并行电法探测研究

论文摘要

煤层开采后顶板会产生变形与破坏,其破坏范围及深度值对煤矿安全生产带来重要影响,因此必须获得其破坏状况及相应参数。目前利用地球物理方法对覆岩破坏范围探测是研究的热点,其探测精度及分辨能力一直受到人们关注。本论文通过顶板钻孔在相应位置布设电法传感器,形成有效探测空间,利用并行电法进行动态数据测试,分析煤层开采过程中顶板岩层变形与破坏规律,为现场工程应用提供有效的基础数据。本文首先介绍了三带的形成机理、运移规律,并对诸如覆岩力学性质、地层结构特征、煤层赋存状态及地质构造等影响裂缝带发育高度的主要因素和经验公式逐一陈述；其次对并行电法系统的采集和成像处理方式进行深入分析,完成了包括采集方法、常规处理和高分辨处理及层析成像技术的详细说明；然后基于岩体电阻率性质跟地质构造一定的对应关系,将覆岩破坏与并行电法有机联系,依据全空间高精度三维电法测量思想,提出工作面顶板三带监测系统的设计原则和构建要求,为电法实际探测储备了合适的观测系统。通过在顾北煤矿11-2煤观测孔应用并行电法技术,将其数据处理解释表明：单次测试电流与背景电流的比值剖面和跨孔电阻率反演剖面,较直观的反映了超前影响带、垮落带和裂缝带的发育渐变情况,视电阻率值在采空区升高的区域不断扩大,局部甚至达到背景电阻率值的5倍以上。采用并行电法技术用于顶板破坏裂缝带的实时监测效果明显,能显示出顶板在回采过程中的变化破坏情况,所获得的垮落带和裂缝带高度值与神经网络、规程所得结果基本吻合。论文同时指出了并行电法技术存在的不足及今后的研究方向。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究的目的和意义
• 1.2 国内外覆岩破坏理论研究动态
• 1.2.1 国外理论研究现状
• 1.2.2 国内理论研究现状
• 1.3 采动顶板岩层破坏探测技术应用现状
• 1.3.1 验公式法
• 1.3.2 相似模拟
• 1.3.3 现代数学、力学研究评价
• 1.3.4 原位勘探技术
• 1.4 目前存在的问题
• 1.5 课题研究内容与方法
• 1.5.1 课题的主要研究内容
• 1.5.2 课题的研究方法
• 2 煤层回采顶板破坏机理及影响因素分析
• 2.1 覆岩破坏的含义及形式
• 2.2 采场上覆岩层的运移规律
• 2.2.1 采动影响下覆岩运移动力特征
• 2.2.2 覆岩破坏的最终形态
• 2.3 覆岩破坏范围最大高度的主要影响因素与计算
• 2.3.1 影响因素分析
• 2.3.2 计算方法
• 2.4 覆岩破坏的演变规律
• 2.4.1 覆岩破坏应力变化过程
• 2.4.2 覆岩破坏引起岩体导电参数的变化过程
• 2.5 本章小结
• 3 并行电法探测基础研究
• 3.1 电法勘探技术发展及应用现状
• 3.2 并行电法系统
• 3.2.1 工作原理
• 3.2.2 工作模式
• 3.2.3 数据采集
• 3.2.4 技术指标
• 3.3 并行电法数据处理及成像
• 3.3.1 常规解编手段
• 3.3.2 高分辨处理手段
• 3.4 电阻率层析成像技术介绍
• 3.4.1 正演算法
• 3.4.2 反演算法
• 3.5 电法解释的理论基础
• 3.5.1 岩石的电阻率
• 3.5.2 岩石电阻率的影响因素
• 3.6 本章小结
• 4 工作面顶板“三带”监测系统研究
• 4.1 顶板破坏监测系统井下设计
• 4.1.1 钻孔技术指标
• 4.1.2 监测器件的选择与维护
• 4.2 顶板破坏监测测系统的构建
• 4.2.1 顶板监测系统的构成
• 4.2.2 顶板监测系统的采集
• 4.3 本章小结
• 5 工程实例分析
• 5.1 顾北矿概况
• 5.1.1 顾北矿地质概况
• 5.1.2 工作面开采条件
• 5.2 顾北矿电法顶板“三带”监测应用与分析
• 5.2.1 施工安装
• 5.2.2 数据处理
• 5.3 基于反向神经网络的裂高预计
• 5.3.1 反向神经网络简介
• 5.3.2 预测模型的设计与训练
• 5.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介及读研期间主要科研成果