一种井下巷道支护稳定性的直流电法测试与评价方法

1.本发明涉及巷道支护稳定性的地球物理探测技术领域，特别涉及一种井下巷道支护稳定性的直流电法测试与评价方法。

背景技术：

2.在巷道开拓过程中，巷道稳定性是保证开拓与回采安全的根本保障。而对于其稳定性的监测是判断其稳定性的主要依据。
3.煤岩体内部充满着裂隙，在巷道开拓的扰动作用下会进一步扩展，从而引发巷道变形甚至诱发动力灾害。当前，巷道稳定性监测主要通过观察巷道面是否有裂隙、支架是否变形等直观现象，或者是应力计监测等，监测方法较单一，监测范围较小，不能满足区域性测试及煤层深处监测，对巷道周围围岩内部缺陷的识别能力较弱。
4.因此，亟需一种监测范围广、测试深度大的监测方法，对巷道周围的裂隙场、含水区域、应力集中区域等进行识别判定，进而对巷道支护的稳定性进行可靠性评价。

技术实现要素：

5.本发明提供了一种井下巷道支护稳定性的直流电法测试与评价方法，旨在通过直流电法这一区域性测试手段，识别巷道周围围岩结构的变化；以解决现有的监测方法较单一，监测范围较小，不能满足区域性测试及煤层深处监测，对巷道周围围岩内部缺陷的识别能力较弱的技术问题。
6.为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：
7.一种井下巷道支护稳定性的直流电法测试与评价方法，包括：
8.在巷道开拓完成支护之前，向巷道周围均匀布置多条测线，并利用布置的测线测试支护前围岩原始结构的电阻率信息；
9.根据围岩原始结构的电阻率信息确定围岩电阻率异常区域，对围岩电阻率异常区域进行钻探，确定辨识其地质信息，以确定相应的围岩电阻率异常区域是否是裂隙发育区和含水区；其中，所述围岩电阻率异常区域指的是围岩原始结构的电阻率等值线图上电阻率值高于或低于同一深度预设阈值的区域；
10.以围岩原始结构的电阻率信息为背景，待巷道支护后，按照预设周期定期测试围岩电阻率信息，并计算围岩电阻率梯度及电阻率变化率；
11.基于电阻率测试及钻探结果，对巷道结构的稳定性做出评价。
12.进一步地，所述测线的数量为8条；8条测线均匀分布于巷道的顶板、底板与两帮上，每条测线包含64枚电极，电极距为1m，单次测量深度大于20m。
13.进一步地，所述地质信息包括裂隙和含水性。
14.进一步地，所述预设阈值为20％。
15.进一步地，所述对围岩电阻率异常区域进行钻探，确定辨识其地质信息，以确定相应的围岩电阻率异常区域是否是裂隙发育区和含水区，包括：
16.对围岩电阻率异常区域通过钻孔取芯测试煤岩孔隙率及含水率，根据测得的孔隙率及含水率确定相应围岩电阻率异常区域是否是裂隙发育区和含水区。
17.进一步地，以围岩原始结构的电阻率信息为背景，待巷道支护后，按照预设周期定期测试围岩电阻率信息并计算围岩电阻率梯度及电阻率变化率，包括：
18.待巷道支护后，每隔三天测试一次围岩电阻率信息，并对电阻率数据进行处理，计算围岩电阻率梯度及电阻率变化率，获得每次测试相对上一次测试时电阻率的变化情况；
19.根据计算出的围岩电阻率梯度及电阻率变化率，对梯度超过预设梯度阈值及变化率超过预设变化率阈值的区域增加监测频率，改为每隔两天测试一次。
20.进一步地，基于电阻率测试及钻探结果，对巷道结构的稳定性做出评价，包括：
21.如果相邻两次测试结果中，不存在围岩电阻率变化率超过20％的区域，则表明巷道支护稳定，反之，则表明巷道支护不稳定；
22.如果含水区附近出现电阻率低值异常区扩大的现象，则表明当前区域不稳定，需要加强排水和支护强度；
23.如果裂隙发育区附近出现电阻率高值异常区扩大的现象，则表明当前区域不稳定，需要加强注浆和支护强度；
24.如果非异常区域出现电阻率增大的现象，则表明围岩发生较大的变形破坏，需要加强支护。
25.进一步地，基于电阻率测试及钻探结果，对巷道结构的稳定性做出评价，还包括：
26.根据围岩原始结构的电阻率信息，确定初始支护的巷道稳定性和支护效果。
27.本发明提供的技术方案带来的有益效果至少包括：
28.本发明的技术方案通过直流电法获得了巷道支护前后周围围岩的电阻率信息，能对巷道周围的隐藏地质缺陷进行辨识，并识别巷道围岩结构的变化，对可能灾害的孕育发展有较好的识别能力，从而提高了巷道支护稳定性测试及评价的可靠性与准确性。本发明提供的方法适用于煤巷、岩巷等，不仅能对巷道稳定性进行评价，还能在巷道稳定性差时给出针对性的解决方法。
附图说明
29.为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
30.图1是本发明第一实施例提供的井下巷道支护稳定性的直流电法测试与评价方法的执行流程示意图；
31.图2是本发明第二实施例提供的井下巷道支护稳定性的直流电法测试与评价方法的执行流程示意图；
32.图3是巷道支护稳定性电法测试及钻探区域示意图。
33.附图标记说明：
34.1、巷道；2、煤安型直流电法仪；3、电极；4、巷道围岩；5、待测区域；6、防爆电缆；7、探测钻孔；8、含水低阻区域；9、含裂隙高阻区域。
具体实施方式
35.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
36.第一实施例
37.本实施例提供了一种井下巷道支护稳定性的直流电法测试与评价方法，适用于巷道开拓后的巷道周围围岩内部地质缺陷及结构变化的测试与巷道支护稳定性的评价。该方法的执行流程如图1所示，包括以下步骤：
38.s1，在巷道开拓完成支护之前，向巷道周围均匀布置多条测线，并利用布置的测线测试支护前围岩原始结构的电阻率信息；
39.其中，在本实施例中，向巷道周围均匀布置多条测线时测线的数量为8条；8条测线均匀分布于巷道的顶板、底板与两帮上，每条测线包含64枚电极，电极距为1m，单次测量深度大于20m。
40.s2，根据围岩原始结构的电阻率信息确定围岩电阻率异常区域，对围岩电阻率异常区域进行钻探，确定辨识其地质信息，以确定相应的围岩电阻率异常区域是否是裂隙发育区和含水区；其中，所述围岩电阻率异常区域指的是围岩原始结构的电阻率等值线图上电阻率值高于或低于同一深度预设阈值的区域；
41.其中，在本实施例中，辨识的地质信息包括裂隙和含水性等。当电阻率等值线图上电阻率值高于或低于同一深度20％以上时，将该区域确认为异常区域。
42.对围岩电阻率异常区域进行钻探，确定辨识其地质信息，以确定相应的围岩电阻率异常区域是否是裂隙发育区和含水区的具体方式如下：
43.对围岩电阻率异常区域通过钻孔取芯测试煤岩孔隙率及含水率，根据测得的孔隙率及含水率确定相应围岩电阻率异常区域是否是裂隙发育区和含水区。
44.s3，以围岩原始结构的电阻率信息为背景，待巷道支护后，按照预设周期定期测试围岩电阻率信息，并计算围岩电阻率梯度及电阻率变化率；
45.其中，在本实施例中，上述s3的具体实施过程如下：
46.待巷道支护后，每隔三天测试一次围岩电阻率信息，并对电阻率数据进行处理，计算围岩电阻率梯度及电阻率变化率，获得每次测试相对上一次测试时电阻率的变化情况；
47.根据计算出的围岩电阻率梯度及电阻率变化率，对梯度超过预设梯度阈值及变化率超过预设变化率阈值的区域增加监测频率，改为每隔两天测试一次。
48.s4，基于电阻率测试及钻探结果，对巷道结构的稳定性做出评价。
49.其中，在本实施例中，对巷道结构的稳定性做出评价的具体评价方法如下：
50.根据围岩原始结构的电阻率信息，确定初始支护的巷道稳定性和支护效果；
51.如果相邻两次测试结果中，不存在围岩电阻率变化率超过20％的区域，则表明巷道支护稳定，反之，则表明巷道支护不稳定；
52.如果含水区附近出现电阻率低值异常区扩大的现象，则表明当前区域不稳定，需要加强排水和支护强度；
53.如果裂隙发育区附近出现电阻率高值异常区扩大的现象，则表明当前区域不稳定，需要加强注浆和支护强度；
54.如果非异常区域出现电阻率增大的现象，则表明围岩发生较大的变形破坏，需要
加强支护。
55.综上，本实施例的方法通过对比井下巷道支护前后围岩变形引起电阻率的变化判断巷道支护的稳定性，降低了评价成本和评价时间，解决了目前的视觉观察法对巷道周围围岩内部缺陷的识别能力较弱、准确性低等问题，并有助于识别巷道灾害演变过程，提出针对性的处理方法，有效防止灾害发生。
56.第二实施例
57.请参阅图2和图3，本实施例提供了一种井下巷道稳定性的直流电法测试与评价方法，适用于巷道开拓后的巷道周围围岩内部地质缺陷及结构变化的测试与巷道支护稳定性的评价。该方法包括在巷道内布置电极，在实施巷道支护前后定期测试巷道围岩电阻率分布与变化特征，据此确定辨识其裂隙、含水性及内部变形破坏过程，进而对巷道支护稳定性进行评价。具体地，该方法执行过程如图2所示，电法布置区域及钻探方法如图3所示，包括以下步骤：
58.s201，在巷道1开拓后支护前，在巷道1内布置煤安型直流电法仪2，将64枚电极3按照极距1m的方式沿巷道1走向插入巷道围岩4的待测区域5的巷道壁，煤安型直流电法仪2与电极3通过防爆电缆6连接在一起，在巷道1内共测试8次，每次电极分别位于巷道1的顶板、底板和两帮；
59.s202，采用煤安型直流电法仪2对巷道围岩4的待测区域5进行电阻率测试，得到待测区域5的电阻率等值线图；
60.s203，将电阻率等值线图上电阻率值高于或低于同一深度20％以上的区域视为电阻率异常区，在异常区内布置探测钻孔7；
61.s204，通过探测钻孔7获取电阻率异常区的岩芯，并测试煤岩孔隙率及含水率，确定这些区域是否是含水低阻区域8和含裂隙高阻区域9；
62.s205，每隔三天测试一次巷道围岩4的电阻率信息，并对电阻率数据进行处理，获得每次测试相对上一次测试时电阻率的变化情况；
63.s206，对电阻率梯度大于1.2ω及电阻率变化率大于20％的区域增加监测频率，改为每隔两天测试一次；
64.s207，基于电阻率测试及钻探结果，对巷道1的稳定性做出评价，其中，评价方法为：如果相邻两次测试结果中，不存在围岩电阻率变化率超过20％的区域，则表明巷道1支护稳定，反之，则表明巷道1支护不稳定；如果含水低阻区域8附近出现电阻率低值异常区扩大的现象，则表明该区域不稳定，需加强排水和支护强度；如果含裂隙高阻区域9附近出现电阻率高值异常区扩大的现象，则表明该区域不稳定，需加强注浆和支护强度；如果非异常区出现电阻率增大的现象，则表明围岩发生较大的变形破坏，需要加强支护；
65.s208，根据评价结果改善支护方式，增强支护能力。
66.通过以上测试与评价过程，实现了巷道支护稳定性的直流电法测试，提出了稳定性评价方法并给出了相应的解决方案，提高了对巷道缺陷的监测能力和评价的准确性。适用于煤巷、岩巷等，不仅能对巷道稳定性进行评价，还能在巷道稳定性差时给出针对性的解决方法。
67.此外，需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那
些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
……”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。
68.最后需要说明的是，以上所述是本发明优选实施方式，应当指出，尽管已描述了本发明优选实施例，但对于本技术领域的技术人员来说，一旦得知了本发明的基本创造性概念，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。

技术特征：

1.一种井下巷道支护稳定性的直流电法测试与评价方法，其特征在于，包括：在巷道开拓完成支护之前，向巷道周围均匀布置多条测线，并利用布置的测线测试支护前围岩原始结构的电阻率信息；根据围岩原始结构的电阻率信息确定围岩电阻率异常区域，对围岩电阻率异常区域进行钻探，确定辨识其地质信息，以确定相应的围岩电阻率异常区域是否是裂隙发育区和含水区；其中，所述围岩电阻率异常区域指的是围岩原始结构的电阻率等值线图上电阻率值高于或低于同一深度预设阈值的区域；以围岩原始结构的电阻率信息为背景，待巷道支护后，按照预设周期定期测试围岩电阻率信息，并计算围岩电阻率梯度及电阻率变化率；基于电阻率测试及钻探结果，对巷道结构的稳定性做出评价。2.如权利要求1所述的井下巷道支护稳定性的直流电法测试与评价方法，其特征在于，所述测线的数量为8条；8条测线均匀分布于巷道的顶板、底板与两帮上，每条测线包含64枚电极，电极距为1m，单次测量深度大于20m。3.如权利要求1所述的井下巷道支护稳定性的直流电法测试与评价方法，其特征在于，所述地质信息包括裂隙和含水性。4.如权利要求1所述的井下巷道支护稳定性的直流电法测试与评价方法，其特征在于，所述预设阈值为20％。5.如权利要求1所述的井下巷道支护稳定性的直流电法测试与评价方法，其特征在于，所述对围岩电阻率异常区域进行钻探，确定辨识其地质信息，以确定相应的围岩电阻率异常区域是否是裂隙发育区和含水区，包括：对围岩电阻率异常区域通过钻孔取芯测试煤岩孔隙率及含水率，根据测得的孔隙率及含水率确定相应围岩电阻率异常区域是否是裂隙发育区和含水区。6.如权利要求1所述的井下巷道支护稳定性的直流电法测试与评价方法，其特征在于，以围岩原始结构的电阻率信息为背景，待巷道支护后，按照预设周期定期测试围岩电阻率信息，并计算围岩电阻率梯度及电阻率变化率，包括：待巷道支护后，每隔三天测试一次围岩电阻率信息，并对电阻率数据进行处理，计算围岩电阻率梯度及电阻率变化率，获得每次测试相对上一次测试时电阻率的变化情况；根据计算出的围岩电阻率梯度及电阻率变化率，对梯度超过预设梯度阈值及变化率超过预设变化率阈值的区域增加监测频率，改为每隔两天测试一次。7.如权利要求5所述的井下巷道支护稳定性的直流电法测试与评价方法，其特征在于，基于电阻率测试及钻探结果，对巷道结构的稳定性做出评价，包括：如果相邻两次测试结果中，不存在围岩电阻率变化率超过20％的区域，则表明巷道支护稳定，反之，则表明巷道支护不稳定；如果含水区附近出现电阻率低值异常区扩大的现象，则表明当前区域不稳定，需要加强排水和支护强度；如果裂隙发育区附近出现电阻率高值异常区扩大的现象，则表明当前区域不稳定，需要加强注浆和支护强度；如果非异常区域出现电阻率增大的现象，则表明围岩发生较大的变形破坏，需要加强支护。
8.如权利要求7所述的井下巷道支护稳定性的直流电法测试与评价方法，其特征在于，基于电阻率测试及钻探结果，对巷道结构的稳定性做出评价，还包括：根据围岩原始结构的电阻率信息，确定初始支护的巷道稳定性和支护效果。

技术总结

本发明公开了一种井下巷道支护稳定性的直流电法测试与评价方法，包括：在巷道开拓完成支护之前，向巷道周围均匀布置多条测线，测试支护前围岩原始结构的电阻率信息；对围岩电阻率异常区域进行钻探，确定辨识其裂隙和含水性等地质信息；以围岩原始结构的电阻率信息为背景，待巷道支护后，按照预设周期定期测试围岩电阻率信息，并计算围岩电阻率梯度及电阻率变化率；基于电阻率测试及钻探结果，对巷道结构的稳定性做出评价。本发明技术方案通过直流电法测试巷道的电阻率情况以获得围岩结构信息，能对巷道围岩隐藏地质缺陷进行辨识，进而对围岩稳定性进行评价，并对可能发生的巷道灾害孕育过程有较好的预测能力，从而提高了巷道稳定性评价的准确性。稳定性评价的准确性。稳定性评价的准确性。