李 鹏
(山西汾西矿业(集团)有限责任公司双柳煤矿，山西 柳林 033300)
随着矿井煤炭采深增加，煤炭开采时受到底板涌水问题影响更为显着[1-2]。常规的底板水害技术主要为隐伏构造探测以及注浆改造等，上述工作多集中在采面开采前，但大量的统计资料表明矿井底板突水多发生在采面回采过程中[3-5]。采面开采带来的采动压力会造成底板裂隙发育，从而导致底板原有的隔水层隔水能力降低，在底板承压水作用下引起采面突水。采用常规的钻探、物探技术手段难以客观反映采面底板突水过程[6]。因此，文中在10908综采工作面采用视电阻率监测技术及微震监测数据将采面底板水害进行综合监测，监测结果可在一定程度上指导采面水害防治工作开展。
1 工程概况
山西某矿10908综采工作面开采9号煤层，埋深平均580 m、煤厚5.0 m，煤层倾角7°～15°，采面走向、倾向长度分别为1 050 m、70 m。采面回风巷、进风巷间高差约为20 m。采面西侧为已回采完毕的10906采面采空区。9号煤层底板距本溪组灰岩层间距平均在20.5 m，底板隔水层以粉砂岩、细粒砂岩以及铝土质粉砂岩，采面底板与隔水层间厚度平均为41.3 m，具体顶底板岩性见图1所示。
图1 顶底板岩性综合柱状图
2 底板水害综合监测技术应用
将微震监测以及视电阻率监测技术应用到采面底板突水监测中，实现导水通道、突水水源两个方面面对底板突水综合监测。通过使用微震监测技术实现对底板裂隙发育深度判定，但是由于煤矿井下岩层赋存条件复杂、仅依靠获取到的底板裂隙扩展深度难以判定裂隙是否导水；而视电阻率监测技术可密闭微震监测存在的不足，若底板裂隙充水则视电阻率会显着降低，这就为底板裂隙是否已形成导水通道提供了科学依据，也为采面底板突水预测提供科学指导。
2.1 监测点布置
2.1.1 微震监测点布置
在10908综采工作面共有东翼运输巷、采面进回风巷可布置微震传感器，本次监测将传感器布置在东翼运输巷以及采面材料巷，可实现对采空区内底板岩层破裂情况进行监测。在井下布置41个拾震传感器，其中，28个按照50 m道距在巷道内布置；13个在钻孔中布置，道距50 m～100 m，布置拾震传感器的钻孔倾角为45°、钻孔垂深25 m；在地面按照道距250 m布置4个传感器。具体在采面内各微震监测点布置情况见第62页图2所示。
图2 采面各监测点布置示意图
2.1.2 视电阻率监测点布置
将瞬变电磁仪电极在东翼运输巷、材料巷内按照10 m间距布置，两条巷道内均布置101个电极，两条巷道内的无极穷远电极均布置在与停采线相距1 500 m的位置。电极按照如图3所示的方式进行埋设，在巷道底板靠近外侧巷帮位置施工俯视角为45°钻孔，孔深均为1.5 m。将锚杆放入到钻孔内并用黄泥进行封孔，锚杆尾部布置有监测电缆。
图3 电极埋设示意图
在10908综采工作面布置的测点监测距离为1 000 m，而煤炭开采后对底板影响破坏范围有限，无需同时对1 000 m范围进行监测。因此，降低提升监测效率并采用滚筒监测方式，单次监测范围控制在200 m左右，随着采面推进将监测电极依次向回采方向推进。电极移动通过数据采集软件进行设置，不需要专门安排人员进行干预。
在数据采集时通过单机发射-偶机接收方式，具体为：1)先在材料巷1号点电极发射信号，在东翼运输布置的1号～21号电极接收信号，并通过小波分析、最小二乘法对处理接收到的信号，直至材料巷内的1号～21号电极信号发射完毕；2)然后，在东翼运输巷1号点电极发射信号，在材料巷布置的1号～21号电极接收信号，直至东翼运输巷内的1号～21号电极信号发射完毕；3)采用自动反演软件对预处理后的数据进全空间三维视电阻率反演，并进行二维切片、立体成像以及三维异常体提取等操作，最终获取底板岩层富水变化的动态成像。电极信号发射与接收自动完成，不需要人工进行干预。
2.2 监测结果分析
2.2.1 微震监测结果分析
在10908综采工作面微震监测持续6个月，共计监测到8381个微震事件，其中发生在采面底板的微震事件3086个。正常情况下采面底板岩层裂隙扩展深度在20 m～25 m，图4为采面微震事件统计分布图。从图4看出，9月6日之前采面底板岩层破坏深度在20 m～25 m,但是在从9月6日至9月14日监测结果看出微震事件标高范围出现明显变化，采面底板岩层破坏深度已达到35 m。同时，10908综采工作面底板在9月14日回采时出现少量涌水，涌水量约为2 m3/h。
图4 微震监测结果
从微震监测结果看出，随着采面不断推进微震事件向底板深度发生转移，多起微震事件已经在煤层底板下覆本溪组灰岩含水层顶板中发生。从微震监测结果及采面开采时底板涌水情况分析，认为在采面中部靠近进风巷侧底板内岩层中已形成导水通道。
2.2.2 视电阻率监测结果分析
在10908综采工作面视电阻率监测持续6个月，共计采集到2723个视电阻率数据体，每次采面监测长度为200 m。从监测结果(第63页图5)看出，采面9号煤层底板20 m范围内的岩层视电阻率一直较高且视电阻率等值线分布较为平缓，未有异常点，表明底板水位高度未有明显变化。
图5 视电阻率监测结果
从视电阻率监测结果看出，在进风巷靠近35号电极位置底板岩层中发育有低阻异常区，同时该异常区范围逐渐扩大，该区位置正处于9月14日采面底板出水点位置。
3 结论
1)通过微震监测发现，10908综采工作面回采过程中底板裂隙扩展范围较大，在进风巷位置底板裂隙破坏深度在30 m～35 m，其他位置底板裂隙发育深度在20 m～25 m。
2)采用视电阻率监测技术可实现对10908综采工作面回采时底板岩层视电阻率变化情况进行实时监测，并依据微震监测结果对底板突水危险进行预警。
3)将微震监测结合视电阻率监测技术构建成的综采工作面底板突水综合监测技术可对采面开采过程中形成的导水通道、水源位置进行实时监测，为采面底板突水预警以及防治水措施针对性开展提供指导。
