引言

山西沁新煤業(yè)有限公司新源煤礦（以下簡稱“新源煤礦”）位于山西省沁源縣沁河鎮(zhèn)新樂園村、賢友村、李元村、南山村及靈空山鎮(zhèn)后南溝、磨子坪一帶，行政區(qū)劃屬沁河鎮(zhèn)管轄。井田平面形態(tài)呈近長方形，南北長約5.4km，東西寬約3.8km，井田面積為18.9988km2， 批準(zhǔn)開采2#-11#煤，開采標(biāo)高自+980m至+470m，生產(chǎn)規(guī)模120 萬t/a。

新源煤礦井田內(nèi)奧灰水位標(biāo)高+880m～+905m，而現(xiàn)階段回采的12214工作面位于井田南部最低處，開采標(biāo)高為+600m～+623m，工作面最大承壓可達(dá) 3.05MPa，且面內(nèi)發(fā)育 X100 陷落柱，存在奧灰突水威脅。按照《煤礦防治水細(xì)則》相關(guān)要求，新源煤礦與安徽惠洲地質(zhì)安全研究院股份有限公司（以下簡稱“惠洲院”）合作，引進(jìn)并行電法云監(jiān)測系統(tǒng)，通過在12214工作面布置多種觀測系統(tǒng)，對工作面底板富水分布情況、底板破壞帶發(fā)育深度及回采期間X100 陷落柱活化發(fā)育情況進(jìn)行技術(shù)探查和動態(tài)監(jiān)測，確保12214工作面安全回采。

工作面水文地質(zhì)情況

圖1 2號煤層帶壓開采分區(qū)與12214工作面位置關(guān)系圖

（一）大氣降水、地表水

12214工作面開采2號煤層，對應(yīng)地面無河流，且基巖厚度達(dá)300m左右，因此大氣降水、地表水對12214工作面回采幾乎無影響。

（二）頂板含水層水

頂板砂巖含水層組主要由K8、K9砂巖組成。K8砂巖為2號煤層頂板直接充水含水層，厚度為0.60-8.23m，平均厚 2.96m，單位涌水量0.0447L/s.m，巖性以中—細(xì)粒砂巖為主。K9 砂巖為2號煤層間接充水含水層，層間距為20-60m，K8、K9均屬弱富水性含水層，由于工作面回采頂板裂隙能夠溝通K8、K9等砂巖含水層水，因此K8、K9成為礦井充水的主要水源之一，涌水方式主要以淋滴水現(xiàn)象為主。

（三）底板含水層水

井田內(nèi)奧陶系含水層富水性為弱-極強(qiáng)，水位標(biāo)高為+880-+905m， 12214 工作面回采范圍內(nèi)底板標(biāo)高為+600m-+623m，隔水層厚度 173m（參照ZK702 鉆孔），工作面最大承壓可達(dá) 3.05MPa，且面內(nèi)發(fā)育 X100陷落柱、F190、F191 實(shí)揭斷層以及DF8隱伏斷層等幾處潛在導(dǎo)水通道。因此奧陶系含水層水可能通過導(dǎo)水通道涌入12214工作面，易造成突水事故的發(fā)生。

并行電法云監(jiān)測系統(tǒng)

（一）系統(tǒng)簡介

并行電法云監(jiān)測系統(tǒng)是基于國家發(fā)明專利而研制的最新數(shù)字化產(chǎn)品，該系統(tǒng)采用高效率、大數(shù)據(jù)、泛裝置的地電場同步采集技術(shù)，并結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)、5G 傳輸、云端處理、深度學(xué)習(xí)等手段，推動了直流電法由傳統(tǒng)單次探測功能向“遠(yuǎn)程采集、云端存儲、時變處理、動態(tài)預(yù)警”方向轉(zhuǎn)變的新發(fā)展，實(shí)現(xiàn)了“采集在現(xiàn)場，傳輸在5G，存儲在云端，控制在手上，顯示在工地，深度處理在管理中心”的功能，為數(shù)字工程建設(shè)提供了重要的技術(shù)支撐。

（二）性能參數(shù)

系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，是一款本質(zhì)安全型及防爆產(chǎn)品。可在高溫、高濕度等惡劣環(huán)境下穩(wěn)定工作，實(shí)現(xiàn)全天候不間斷連續(xù)監(jiān)測，同時采集的電性參數(shù)豐富，采集頻率超高，數(shù)據(jù)全部自動上傳云端進(jìn)行存儲和自動處理，通過客戶端進(jìn)行數(shù)據(jù)查看和下載。具體智能地電場參數(shù)有：

1. 電阻率：一次采集提供所有電法裝置的電阻率剖面成果圖，電阻率采樣頻率可達(dá) 5min/次（以 64 個電極為例），并可導(dǎo)出res 和AGI格式的反演文件。

2. 極化率：提供多個頻段的極化率剖面成果圖，采樣頻率可達(dá)5min/次（以 64 個電極為例）。

3. 自然電位：最小采樣間隔時間為 5s，進(jìn)行測線所有電極的自然電位數(shù)據(jù)采集。

現(xiàn)場監(jiān)測情況

（一）現(xiàn)場監(jiān)測布置

根據(jù)12214工作面風(fēng)巷條件，在巷道內(nèi)靠外側(cè)采用挖溝的方式埋設(shè)2條電法測線，測線布置從Y3測點(diǎn)外5m至Y14測點(diǎn)內(nèi)25m位置（工作面回采進(jìn)尺850m～300m范圍），溝槽深度10cm，寬度15cm，溝槽長度與電法測線一致，并在溝槽內(nèi)每間隔10m 布置一個電極孔，電極孔深15cm，孔徑Φ1cm。

第一條測線共布置32個電極，電極距為 10m，1#電極位于Y14點(diǎn)往切眼25m處、32#電極位于Y6測點(diǎn)往切眼10m。第二條測線緊接第一條測線進(jìn)行布置，共布置24個電極，電極距為10m，56#電極位于Y3點(diǎn)往外5m處（圖2、圖3）。

圖2 并行電法云監(jiān)測系統(tǒng)現(xiàn)場布置圖（圖中藍(lán)線為測線，粉色點(diǎn)為測點(diǎn)）

圖3 電極布置示意圖

（二）數(shù)據(jù)采集

觀測系統(tǒng)于2021年5月17日安裝完畢，井下采集系統(tǒng)位于12214風(fēng)巷Y3測點(diǎn)處側(cè)幫，通過井下局域網(wǎng)上傳至地面服務(wù)器，自2021年8 月20日進(jìn)入X100陷落柱活化監(jiān)測測線范圍內(nèi)開始數(shù)據(jù)的時時采集工作，單日四次下發(fā)采集任務(wù)，每6小時下發(fā)參數(shù)采集一次數(shù)據(jù)，時間點(diǎn)分別為當(dāng)日02:00、08:00、14:00、20:00。

（三）監(jiān)測成果

數(shù)據(jù)采集工作自2021年8月20日開始，2022年4月20日結(jié)束，歷時8個月，累計采集有效數(shù)據(jù)605個。不同時段成果對比分析表明測線控制范圍內(nèi)富水異常區(qū)基本分布在12214 風(fēng)巷底板下方0-20m范圍，局部區(qū)域分布在底板下方0-60m范圍，為X100 陷落柱受工作面采動影響底板裂隙發(fā)育，積水下滲所致，巷道底板下方60-150m范圍內(nèi)視電阻率值呈現(xiàn)高阻反應(yīng)，說明監(jiān)測階段X100陷落柱深部受到工作面采動影響較小，柱體內(nèi)充填物膠結(jié)良好（圖4、5）。

圖4 2021年8月20日視電阻率剖面圖

圖5 2022年4月20日視電阻率剖面圖

結(jié)論

（1）并行電法監(jiān)測結(jié)果顯示12214工作面回采期間底板采動破壞帶深度為0-20m，采動應(yīng)力超前影響距最大為27m。

（2）不同時段視電阻率剖面圖可以明顯看出由淺到深視電阻率值區(qū)別明顯，X100陷落柱下方0-60m范圍存在富水變化較大現(xiàn)象，表明淺部易受到工作面采動影響，柱體內(nèi)充填物發(fā)生位移和破裂，裂隙發(fā)育，工作面采空區(qū)積水可通過裂隙下滲至柱體內(nèi)，為富水影響階段；下方60-150m范圍保持高阻反應(yīng)，說明柱體內(nèi)充填物膠結(jié)良好，受工作面回采采動影響較小，未產(chǎn)生發(fā)生位移和破裂，為富水無影響階段。

（3）并行電法云監(jiān)測系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了底板滲流電場的長期動態(tài)監(jiān)測，及時對底板突水進(jìn)行監(jiān)測預(yù)警，可有效保障工作面安全開采。