采煤工作面底板水双频激电法数值仿真与探测试验

【摘要】：深部煤层开采常遭受底板水害威胁，严重影响煤矿安全高效生产。采用矿井电法实施采场底板岩层富水性探测是煤矿水害防治工作中的一项重点内容，但该方法面临实测电阻率多解性强及异常定位不准的难题。为进一步提高对岩层富水区的判定精度，提出了采煤工作面双频激电(Induced Polarization, IP)全方位探测方法。结合淮南矿区深部A组煤层顶底板地质与地电条件，构建了不同方位的圆柱体富水异常地电模型；以Cole-Cole模型为激电效应基础，采用有限元方法实施了双频激电数值模拟，理论分析了不同异常模型的激电视参数响应特征，其结果表明：(1)单巷激电视参数表现为低阻高频散异常，曲线“交点”可准确定位异常模型的走向位置，但难以确定异常模型的准确方位。(2)双巷透视各发射点对应的激电视参数曲线在异常模型附近聚焦，同样表现为低阻高频散异常特征，发射点与异常模型的位置关系决定了视参数曲线形态及性质，接收点与异常模型的位置关系决定了异常幅度大小。激电视参数对面内及巷道底板异常模型的响应幅度大，对面外模型异常响应幅度偏小。为进一步评价激电视参数成像精度，对比分析了双巷透视和全方位数据的三维反演结果，表明单巷测深和双巷透视数据可相互约束，利用全方位方法所得的激电反演结果能精准定位各异常模型，体现了该方法的优越性。工程实践进一步表明，该方法能有效降低电性异常的多解性，大幅提高异常空间定位精度，改善煤层底板岩层富水区的判定效果，为煤矿水害精准防治提供了有力的技术支撑。