網(wǎng)絡(luò)并行電法儀在煤礦底板動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用

程 勝 鄒 素

（貴州省地質(zhì)礦產(chǎn)勘查開發(fā)局一O 六地質(zhì)大隊(duì)，貴州 凱里 556000）

儲(chǔ)礦區(qū)域面臨礦產(chǎn)資源埋藏深、對(duì)應(yīng)水文環(huán)境較為復(fù)雜、地質(zhì)結(jié)構(gòu)多樣等問題[1-2]，在煤礦開采的過程中，需要時(shí)刻對(duì)煤礦底板進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，避免出現(xiàn)大規(guī)模的隔水灌流現(xiàn)象，一定程度上保證開采人員的人身安全，同時(shí)也減少不必要的開采損失。網(wǎng)絡(luò)并行電法儀具有超高密度的電極和電阻率值，可以同時(shí)對(duì)多個(gè)區(qū)域進(jìn)行管理監(jiān)測(cè)，并且實(shí)時(shí)反映監(jiān)測(cè)的情況，具有一定的時(shí)效性。

1 煤炭底板動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)方法設(shè)計(jì)

隨著智能化煤礦勘探和開采技術(shù)的廣泛應(yīng)用，尋礦采礦過程中開礦人員以及地質(zhì)環(huán)境的安全問題逐漸被人們所重視。目前，我國的礦山大多分布于偏遠(yuǎn)的深山，且地質(zhì)環(huán)境極為復(fù)雜，為相關(guān)的開礦采礦工作增加很大的難度。另外，我國的華北礦區(qū)時(shí)刻面臨著煤礦底板水害的威脅，且危害日趨嚴(yán)重，極大地限制了智能化煤礦開采的長遠(yuǎn)發(fā)展。煤礦底板主要指的是伏于正常煤礦層中的多變巖層，這種巖層通常是層狀的煤體，與黏土巖、石灰?guī)r以及砂巖等相鄰生長，被埋藏之后又經(jīng)過強(qiáng)力的煤化作用最終形成了煤礦底板。而由煤礦底板所引發(fā)的水害事故，一般是因?yàn)殚_采、挖掘工作損壞了相對(duì)應(yīng)的隔水層和導(dǎo)水通道從而產(chǎn)生的隔水灌流的現(xiàn)象。

1.1 構(gòu)建動(dòng)態(tài)微震監(jiān)測(cè)點(diǎn)

在利用網(wǎng)絡(luò)并行的電法儀對(duì)煤礦底板實(shí)施動(dòng)態(tài)監(jiān)控前，需要建立提供監(jiān)控?cái)?shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)微震監(jiān)測(cè)點(diǎn)。首先，需要利用相關(guān)儀器測(cè)量礦區(qū)的開采數(shù)據(jù)，然后對(duì)煤礦底板的具體位置進(jìn)行定位，完成之后，再次定煤礦底板的中心點(diǎn)位置，并在中心點(diǎn)對(duì)應(yīng)的工作面附近尋找6 個(gè)隔水巷道，在巷道附近安裝傳感器。傳感器的數(shù)量可以根據(jù)巷道規(guī)模以及空間的實(shí)際情況來進(jìn)行判斷。通常情況下，1～5 m 的巷道，需要安裝2 個(gè)傳感器；5～10 m 的巷道需要在周圍安裝4 個(gè)輔助傳感器，同時(shí)還需要在巷道內(nèi)5 m 處安裝一個(gè)總控制傳感器；而10 m 以上的巷道基本屬于大型的煤礦底板巷道，具有一定的深度和危險(xiǎn)性，所以需要在巷道中實(shí)施定點(diǎn)安裝[3]。通過對(duì)應(yīng)儀器檢測(cè)出巷道中的易于坍塌點(diǎn)或者隔水點(diǎn)，將傳感器布置安裝在其周圍2 m 處的位置，既保證了傳感器對(duì)巷道內(nèi)情況的正常監(jiān)測(cè)，同時(shí)還避免傳感器由于外部因素而發(fā)生損壞。在安裝好傳感器之后，接下來，在礦區(qū)工作面和運(yùn)輸、運(yùn)料巷建立傳感器的控制節(jié)點(diǎn)，將其安裝的巷道傳感器進(jìn)行實(shí)控關(guān)聯(lián)，然后將得到的總控制節(jié)點(diǎn)指令輸入到網(wǎng)絡(luò)之中，使網(wǎng)絡(luò)并行電法儀適應(yīng)監(jiān)測(cè)的頻率。隨后，將電法儀的網(wǎng)絡(luò)監(jiān)測(cè)模式調(diào)整為動(dòng)態(tài)監(jiān)控。至此，就完成了一個(gè)完整的動(dòng)態(tài)微震監(jiān)測(cè)點(diǎn)的布置。當(dāng)煤礦底板出現(xiàn)崩塌或者隔水灌流的現(xiàn)象時(shí)，震動(dòng)會(huì)隨著巖石傳輸至巷道的礦層之中，傳感器會(huì)對(duì)監(jiān)測(cè)的巷道礦層所出現(xiàn)的微震和隔水情況進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并將對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)信息通過節(jié)點(diǎn)實(shí)時(shí)傳送至電法儀的并行網(wǎng)絡(luò)之中，隨即，對(duì)其進(jìn)行接收和分析，最終實(shí)現(xiàn)對(duì)煤礦底板動(dòng)態(tài)微震的監(jiān)測(cè)。

1.2 布置網(wǎng)絡(luò)電法的視電阻

在完成動(dòng)態(tài)微震監(jiān)測(cè)點(diǎn)的構(gòu)建之后進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)電法視電阻的添加布置。在動(dòng)態(tài)微震監(jiān)測(cè)點(diǎn)的基礎(chǔ)上，在各個(gè)巷道內(nèi)作出對(duì)應(yīng)的布置，可以將監(jiān)測(cè)電極布置在運(yùn)料、運(yùn)輸巷上。電極的布置數(shù)量標(biāo)準(zhǔn)大致為2 個(gè)巷道65 個(gè)，每一個(gè)電極之間距離最好保持在15 m，距離需要安裝視電阻的停采線大致120 m。具體的埋置方式如圖1。

圖1 視電阻安裝填埋結(jié)構(gòu)布置圖

依照?qǐng)D1 中的埋置結(jié)構(gòu)，對(duì)電極進(jìn)行安裝填埋。然后在運(yùn)輸物料巷道的附近打下封孔，封孔深度要直至煤礦底板上方20 cm，將視電阻放置連接在封孔之中，再將錨桿的一端放入孔中，與視電阻相連接，之后用黃泥對(duì)封孔進(jìn)行封填，錨桿的另一端尾部則與網(wǎng)絡(luò)微震監(jiān)測(cè)點(diǎn)的監(jiān)測(cè)電纜相連接。將煤礦底板的監(jiān)測(cè)長度控制在1000 m 之內(nèi)，并對(duì)采煤擾動(dòng)的相關(guān)因素進(jìn)行處理，最終，將監(jiān)測(cè)范圍縮小至850 m，保證監(jiān)測(cè)結(jié)果的精確性和科學(xué)性[4]。之后采用滾動(dòng)監(jiān)測(cè)的方式，測(cè)量網(wǎng)絡(luò)并行電法儀的單次監(jiān)測(cè)頻率，并查看其檢測(cè)范圍，通過公式（1）計(jì)算得出具體的視電阻率。

式中：P表示實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)得出的視電阻率；a表示電極平值；b表示監(jiān)測(cè)速度；c表示監(jiān)測(cè)范圍。

對(duì)多個(gè)巷道獲取的視電阻率進(jìn)行強(qiáng)弱對(duì)比，較強(qiáng)的視電阻率表明煤礦的底板情況較差，應(yīng)加強(qiáng)監(jiān)測(cè)。利用網(wǎng)絡(luò)并行的技術(shù)，將相關(guān)數(shù)據(jù)內(nèi)置到電法儀之中，使其獲取到煤礦底板的情況數(shù)據(jù)，作出智能化的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。

1.3 實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程管控的煤礦底板動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)

在完成網(wǎng)絡(luò)電法的視電阻布置之后，利用網(wǎng)絡(luò)并行的遠(yuǎn)程管控來實(shí)現(xiàn)煤礦底板的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，利用電法儀控制對(duì)應(yīng)的監(jiān)測(cè)電極，使其進(jìn)行數(shù)據(jù)信息的回采。當(dāng)煤礦層經(jīng)歷了周期性的應(yīng)力變化之后，底板巖層會(huì)發(fā)生一定的形變，產(chǎn)生縫隙，最終導(dǎo)致巖層的破碎、斷裂。此時(shí)，破碎的巖塊和縫隙會(huì)與地下水接觸，使水體產(chǎn)生導(dǎo)通現(xiàn)象[5]。封孔中的電極會(huì)感知到振動(dòng)，將信息傳輸至電法儀的并行網(wǎng)絡(luò)之中。而另一面的視電阻也會(huì)接收到相應(yīng)的煤礦底板的實(shí)時(shí)信息，同樣傳輸至網(wǎng)絡(luò)之中，由電法儀對(duì)其進(jìn)行分析研究。具體結(jié)構(gòu)如圖2。

圖2 電法儀動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)流程結(jié)構(gòu)示意圖

在實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)之后，相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸至網(wǎng)絡(luò)之中，電法儀會(huì)對(duì)這些數(shù)據(jù)信息進(jìn)行分析研究，制定出相對(duì)應(yīng)的應(yīng)對(duì)方案，最終通過遠(yuǎn)程管控實(shí)現(xiàn)煤礦底板的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)。

2 實(shí)例探究

2.1 貴州省煤礦開采的地質(zhì)條件

貴州省屬于低山型的山區(qū)，礦山的海拔高度大致為1500 m 左右，礦區(qū)部分的地形較為平緩。礦區(qū)周圍環(huán)境大部分相同，都是常年處于干燥的狀態(tài)。除此之外，礦區(qū)地質(zhì)結(jié)構(gòu)較為復(fù)雜，地層較深，存在多種礦巖，礦床的分布也較為松散，不集中，且多呈現(xiàn)出帶狀，所以導(dǎo)致煤礦底板較為脆弱，較易發(fā)生水害問題。另外，由于礦山周圍有居民，所以存在高壓線塔、農(nóng)田村莊等一定監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集的干擾因素，但是由于距離較遠(yuǎn)，所以對(duì)最終的檢測(cè)結(jié)果影響不大，可以進(jìn)行監(jiān)測(cè)。

2.2 電法儀對(duì)貞豐縣挽瀾鄉(xiāng)大石堡煤礦底板實(shí)施動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)

首先，測(cè)量該地礦區(qū)的相關(guān)實(shí)測(cè)參數(shù)并對(duì)其作出分析。然后，將電法儀的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)指令調(diào)整為符合該礦區(qū)煤礦底板情況的參數(shù)。然后，實(shí)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)流程如圖3。

圖3 對(duì)煤礦底板動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的實(shí)施流程圖

依照?qǐng)D3 監(jiān)測(cè)流程，利用網(wǎng)絡(luò)并行的電法儀對(duì)該礦區(qū)的煤礦底板進(jìn)行實(shí)時(shí)的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，得出最終的監(jiān)測(cè)結(jié)果，對(duì)其進(jìn)行分析探究。

2.3 實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)應(yīng)用后該地礦區(qū)的情況

根據(jù)以上電法儀在煤礦底板中動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)的應(yīng)用，對(duì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)應(yīng)用后的礦區(qū)情況進(jìn)行分析，具體結(jié)果見表1。

通過表1 可以得知，在使用網(wǎng)絡(luò)并行電法儀進(jìn)行該地煤礦底板實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)之前，礦區(qū)的開采數(shù)據(jù)信息相對(duì)模糊，且沒有特定的底板水災(zāi)防護(hù)方案，開采人員的安全沒有保障。在利用電法儀對(duì)煤礦底板進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)之后，開采人員可以清晰地對(duì)煤礦底板以及水災(zāi)的情況進(jìn)行掌握，并提前做好災(zāi)害防護(hù)，極大地提升了開采的效率和質(zhì)量，同時(shí)也增加了礦區(qū)工作的安全性和穩(wěn)定性，具有一定的實(shí)際意義，可以應(yīng)用于煤礦開采的工程監(jiān)測(cè)。

表1 動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)結(jié)果對(duì)比分析表

3 結(jié)語

通過對(duì)網(wǎng)絡(luò)并行電法儀在煤礦底板動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)中的應(yīng)用分析，與傳統(tǒng)的監(jiān)測(cè)儀器對(duì)比得知，網(wǎng)絡(luò)并行電法儀可以無線實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)煤礦底板的相關(guān)情況，對(duì)所監(jiān)測(cè)情況進(jìn)行分析，利用大數(shù)據(jù)制定對(duì)應(yīng)的解決方案，能夠更大程度地保證煤礦開采的安全，提升了開采的效率和質(zhì)量，推動(dòng)煤礦產(chǎn)業(yè)邁入一個(gè)新的發(fā)展臺(tái)階。