王明

[摘要]为了实现煤矿安全生产，需要对工作面回采过程中进行动态监测，研究工作面底板在回采过程中的破坏规律和破坏深度。本文综述了我国煤矿工作面回采过程中底板扰动监测方法，并对发展趋势进行了预测。

[关键词]底板扰动 底板突水 电阻率 破坏深度

[中图分类号] TD82 [文献码] B [文章编号] 1000-405X（2015）-3-215-1

煤矿底板突水实质是下伏承压水冲破底板隔水层的阻隔，沿采煤工作面底板隔水层岩体内部导水通道，以突发、缓发或滞发的形式向上涌入工作面采空区的过程。破坏隔水层底板的力源有多种，例如地应力、矿山压力、水压力[1]。

1我国煤层回采底板扰动监测方法

1.1突水系数法

我国对煤层底板破坏及突水规律的研究始于20世纪60年代[2]，矿山科技人员在科研和生产实践中，提出了突水系数公式，并在实践中不断深入研究探讨，使突水系数公式不断得以改进，历经了近几十年的研究和改进，所考虑的引发底板突水的各项影响因素逐渐接近客观实际。王计堂、王秀兰[3]2011年提出了新的突水系数计算公式：

P为煤层底板隔水层承受的水压力，MPa；

Mi为底板隔水层中第i层岩层厚度，m；

ξi为底板隔水层中第i层岩层等效隔水系数；

CP为采矿对底板扰动的破坏深度，m；

hd为承压水导升高度，m；

M0为奥灰顶部相对隔水层厚度，m。

M0可采用矿区钻探、测井等水文地质资料确定，在隔水缺陷区M0=0。

1.2下三带理论

“下三带”理论最早是由原山东矿业学院、峰峰矿务局等一批科技人员在实践中总结出来的，下三带理论提出将煤层底面到含水层顶面这个范围的岩层划分为三带[4-5]，从上到下依次为：底板导水破坏带，完整岩层带（或保护层带），承压水导升带。

底板导水破坏带，是指煤层底板在开采过程中， 岩层连续性遭受破坏， 所产生的裂隙范围。完整岩层带（或保护层带），是指底板岩层在采煤的影响下具有隔水能力的部分。承压水导升带，是指在开采矿压作用下， 下伏含水层上覆岩层中充水裂隙分布的范围。

在煤层底板扰动分析中运用“下三带”理论，可以提高了评价煤层底板破坏的可靠性，为煤矿制定防治水方案提供可靠依据。

1.3高密度电阻率法

高密度电阻率探测技术，是在煤层工作面内浅部地带布置测线，或者进行深部钻孔在孔内布线等方法。如：孙希奎，许进鹏等[6]用将测线安装于工作面浅部监测沟中，以唐口煤矿4309工作面为对象进行底板破坏规律的研究，得出该工作面底板的电阻率变化与工作面底板扰动有着密切的相关性，并且得出工作面的显著扰动深度范围等内容。冯中贵[7]利用高密度电法对金凤煤矿011802工作面进行勘探，很好的对该煤矿含水层富水性划分及断层导水性进行评价。

1.4 双端封堵测漏测试方法

钻孔双端封堵测漏装置是近几年由山东科技大学发明的专利技术，双端封堵测漏装置试验时利用钻机将孔内封堵器送入钻孔中，在不加压的情况下，钻杆两端的胶囊是处于正常状态，呈圆管状。开始测试时，利用堵孔操作台首先注入高压水源或气源，使孔内封堵器两端的胶囊迅速膨胀至钻孔孔径的大小，从而使得两个胶囊之间的钻孔呈现一个密闭的空间，这个时候将堵孔操作台关闭，开启注水操作台，通过细径耐压软管往钻杆中注入高压水。如果胶囊之间封堵的岩层有裂隙存在，则注入钻杆的水源就会通过裂隙流失，通过操作台流量表的变化，可以测出规定注水压力条件下该密闭空间内的漏失量，然后通过钻机的控制，重复相同的工作，测出在相同的单位时间，其他单位距离内的漏失量。

漏失量的大小反应了岩体内裂隙的发育程度，如果裂隙发育，则漏失量就会偏大，如果漏失量很小甚至为零，则岩体内裂隙不发育或没有。

根据各段注水漏失量的变化情况来确定裂隙发育下界，以此探测确定底板岩层破坏规律。如黄彪，冯有利采用此种方法对城郊矿2703工作面破坏深度及裂隙发育进行了预测，得出该工作面裂隙集中发育在煤层底板垂直深度13～31m范围段内。煤层最大破坏深度在斜孔78、79m的深度，在垂直深度方向发育到煤层底板下39m处等内容。

除了以上煤矿回采过程中底板扰动检测方法外还有：原位张裂与零位破坏理论、底板岩体“两带”的模型、采场底板岩体的KS理论、“下四带”理论、微震检测法、声波探测法、现场原位应变（感应）法、窥视镜原位探测法、数值模拟和现场超声成像测试相互验证的方法等。在此就不做详述。

2 我国煤层回采底板扰动监测的发展趋势

以上各种探测方法为我国煤炭开采的各方面做出了重大贡献，但是由于以往对煤层底板破坏认识的限制，在工作的过程中往往对于底板扰动的探测多采用一种方法，为此导致测试结果较为单一，不能更好地解释煤层底板的破坏情况。随着高科技的发展，各种技术的改良与优化和工作人员的认识的不断加深以及知识面的拓宽，以后的底板扰动的监测将采用传统方法和现代高科技相结合的方法。

参考文献

[1] 王立萍.煤层底板突水机理及评价[J].河南理工大学学报（自然科学版），2008，27（5）：514-519.

[2] 施龙青.底板突水机理研究综述[J].山东科技大学学报（自然科学版），2009，28（3）：17-23.

[3]王计堂，王秀兰.突水系数法分析预测煤层底板突水危险性的探讨[J].煤炭科学技术.2011，39（7）：106-111.

[4] 李白英. 预防矿井底板突水的"下三带"理论及其发展与应用[J].山东矿业学院学报（自然科学版），1999，18（4）：11-18.

[5] 凌良辅.以"下三带'理论对开采受承压水威胁煤层的探讨[J].科技情报开发与经济，2003，13（10）： 192-193.

[6] 孙希奎，许进鹏，等.电阻率法动态监测煤层底板破坏变形规律研究[J].煤炭科学技术.2013，4（1）：113-115.

[7] 冯中贵.高密度电阻率法在金凤煤矿水文地质探测中的应用[J].宁夏工程技术.2011，10（4）：362-364.