网络并行电法仪在煤矿底板动态监测中的应用

2022-01-15程胜邹素

山东煤炭科技 2021年12期

程胜邹素

（贵州省地质矿产勘查开发局一O 六地质大队，贵州凯里 556000）

储矿区域面临矿产资源埋藏深、对应水文环境较为复杂、地质结构多样等问题[1-2]，在煤矿开采的过程中，需要时刻对煤矿底板进行动态监测，避免出现大规模的隔水灌流现象，一定程度上保证开采人员的人身安全，同时也减少不必要的开采损失。网络并行电法仪具有超高密度的电极和电阻率值，可以同时对多个区域进行管理监测，并且实时反映监测的情况，具有一定的时效性。

1 煤炭底板动态监测方法设计

随着智能化煤矿勘探和开采技术的广泛应用，寻矿采矿过程中开矿人员以及地质环境的安全问题逐渐被人们所重视。目前，我国的矿山大多分布于偏远的深山，且地质环境极为复杂，为相关的开矿采矿工作增加很大的难度。另外，我国的华北矿区时刻面临着煤矿底板水害的威胁，且危害日趋严重，极大地限制了智能化煤矿开采的长远发展。煤矿底板主要指的是伏于正常煤矿层中的多变岩层，这种岩层通常是层状的煤体，与黏土岩、石灰岩以及砂岩等相邻生长，被埋藏之后又经过强力的煤化作用最终形成了煤矿底板。而由煤矿底板所引发的水害事故，一般是因为开采、挖掘工作损坏了相对应的隔水层和导水通道从而产生的隔水灌流的现象。

1.1 构建动态微震监测点

在利用网络并行的电法仪对煤矿底板实施动态监控前，需要建立提供监控数据的动态微震监测点。首先，需要利用相关仪器测量矿区的开采数据，然后对煤矿底板的具体位置进行定位，完成之后，再次定煤矿底板的中心点位置，并在中心点对应的工作面附近寻找6 个隔水巷道，在巷道附近安装传感器。传感器的数量可以根据巷道规模以及空间的实际情况来进行判断。通常情况下，1～5 m 的巷道，需要安装2 个传感器；5～10 m 的巷道需要在周围安装4 个辅助传感器，同时还需要在巷道内5 m 处安装一个总控制传感器；而10 m 以上的巷道基本属于大型的煤矿底板巷道，具有一定的深度和危险性，所以需要在巷道中实施定点安装[3]。通过对应仪器检测出巷道中的易于坍塌点或者隔水点，将传感器布置安装在其周围2 m 处的位置，既保证了传感器对巷道内情况的正常监测，同时还避免传感器由于外部因素而发生损坏。在安装好传感器之后，接下来，在矿区工作面和运输、运料巷建立传感器的控制节点，将其安装的巷道传感器进行实控关联，然后将得到的总控制节点指令输入到网络之中，使网络并行电法仪适应监测的频率。随后，将电法仪的网络监测模式调整为动态监控。至此，就完成了一个完整的动态微震监测点的布置。当煤矿底板出现崩塌或者隔水灌流的现象时，震动会随着岩石传输至巷道的矿层之中，传感器会对监测的巷道矿层所出现的微震和隔水情况进行监测，并将对应的数据信息通过节点实时传送至电法仪的并行网络之中，随即，对其进行接收和分析，最终实现对煤矿底板动态微震的监测。

1.2 布置网络电法的视电阻

在完成动态微震监测点的构建之后进行网络电法视电阻的添加布置。在动态微震监测点的基础上，在各个巷道内作出对应的布置，可以将监测电极布置在运料、运输巷上。电极的布置数量标准大致为2 个巷道65 个，每一个电极之间距离最好保持在15 m，距离需要安装视电阻的停采线大致120 m。具体的埋置方式如图1。

图1 视电阻安装填埋结构布置图

依照图1 中的埋置结构，对电极进行安装填埋。然后在运输物料巷道的附近打下封孔，封孔深度要直至煤矿底板上方20 cm，将视电阻放置连接在封孔之中，再将锚杆的一端放入孔中，与视电阻相连接，之后用黄泥对封孔进行封填，锚杆的另一端尾部则与网络微震监测点的监测电缆相连接。将煤矿底板的监测长度控制在1000 m 之内，并对采煤扰动的相关因素进行处理，最终，将监测范围缩小至850 m，保证监测结果的精确性和科学性[4]。之后采用滚动监测的方式，测量网络并行电法仪的单次监测频率，并查看其检测范围，通过公式（1）计算得出具体的视电阻率。

式中：P表示实测数据得出的视电阻率；a表示电极平值；b表示监测速度；c表示监测范围。

对多个巷道获取的视电阻率进行强弱对比，较强的视电阻率表明煤矿的底板情况较差，应加强监测。利用网络并行的技术，将相关数据内置到电法仪之中，使其获取到煤矿底板的情况数据，作出智能化的动态监测。

1.3 实现远程管控的煤矿底板动态监测

在完成网络电法的视电阻布置之后，利用网络并行的远程管控来实现煤矿底板的动态监测，利用电法仪控制对应的监测电极，使其进行数据信息的回采。当煤矿层经历了周期性的应力变化之后，底板岩层会发生一定的形变，产生缝隙，最终导致岩层的破碎、断裂。此时，破碎的岩块和缝隙会与地下水接触，使水体产生导通现象[5]。封孔中的电极会感知到振动，将信息传输至电法仪的并行网络之中。而另一面的视电阻也会接收到相应的煤矿底板的实时信息，同样传输至网络之中，由电法仪对其进行分析研究。具体结构如图2。

图2 电法仪动态监测流程结构示意图

在实现动态监测之后，相关数据传输至网络之中，电法仪会对这些数据信息进行分析研究，制定出相对应的应对方案，最终通过远程管控实现煤矿底板的动态监测。

2 实例探究

2.1 贵州省煤矿开采的地质条件

贵州省属于低山型的山区，矿山的海拔高度大致为1500 m 左右，矿区部分的地形较为平缓。矿区周围环境大部分相同，都是常年处于干燥的状态。除此之外，矿区地质结构较为复杂，地层较深，存在多种矿岩，矿床的分布也较为松散，不集中，且多呈现出带状，所以导致煤矿底板较为脆弱，较易发生水害问题。另外，由于矿山周围有居民，所以存在高压线塔、农田村庄等一定监测数据采集的干扰因素，但是由于距离较远，所以对最终的检测结果影响不大，可以进行监测。

2.2 电法仪对贞丰县挽澜乡大石堡煤矿底板实施动态监测

首先，测量该地矿区的相关实测参数并对其作出分析。然后，将电法仪的动态监测指令调整为符合该矿区煤矿底板情况的参数。然后，实行动态监测，监测流程如图3。

图3 对煤矿底板动态监测的实施流程图

依照图3 监测流程，利用网络并行的电法仪对该矿区的煤矿底板进行实时的动态监测，得出最终的监测结果，对其进行分析探究。

2.3 实现动态监测应用后该地矿区的情况

根据以上电法仪在煤矿底板中动态监测的应用，对实时监测应用后的矿区情况进行分析，具体结果见表1。

通过表1 可以得知，在使用网络并行电法仪进行该地煤矿底板实时监测之前，矿区的开采数据信息相对模糊，且没有特定的底板水灾防护方案，开采人员的安全没有保障。在利用电法仪对煤矿底板进行实时监测之后，开采人员可以清晰地对煤矿底板以及水灾的情况进行掌握，并提前做好灾害防护，极大地提升了开采的效率和质量，同时也增加了矿区工作的安全性和稳定性，具有一定的实际意义，可以应用于煤矿开采的工程监测。