基于地电场监测技术的采场底板巷道围岩破裂损伤特征研究

【作者】 欧元超； 张平松； 刘畅； 谭磊； 孙斌杨； 许时昂； 李圣林；

【机构】 安徽理工大学地球与环境学院；

【摘要】 工作面开采过程中的底板巷道围岩差异性破裂是深部围岩体在多应力场叠加作用下发生的复杂时空演化过程。以淮南潘二矿某工作面的底抽巷围岩为研究对象,运用地电场监测技术开展全程精细动态监测研究工作,深入揭示了工程岩体在复杂应力场环境下发生区域性破裂损伤过程中的地电场"时-空"响应规律。结果表明:地电场信号的时序响应特征和空间分布规律与围岩体的应力分布及其损伤演化密切相关;工作面推过监测区20-40 m期间,采空区底板破裂损伤程度显著增加,该过程中激励电流数据整体骤降4-12 mA,自然电位脉冲波动幅度大于400 mV;受采动应力场影响,底板损伤深度约14 m,主要在细砂岩和泥岩的岩层分界处;相较于监测初期,监测结束时损伤区内的自然电位整体下降达250 mV,而损伤区下方的泥岩层内自然电位整体则上升约140 mV;采动剧烈影响阶段释放到损伤岩体周围环境的电子在短时期内不会回流至破坏区域,并且损伤岩体内的正电荷会以岩层为单元逐渐聚集在完整岩体内;受锚杆、锚索共同叠加支护的巷道浅部承载圈承载能力明显增强,工作面开采期间激励电流呈现阶跃式的整体上升过程,并且电流值每一次抬升随后会出现小幅度的回落现象。自然电位侧重于捕捉微观上岩体电化学场变化,激励电流侧重于反映宏观上岩石结构物理场演化,自然电位与激励电流分别从时间和空间的角度刻画了岩石破裂过程中裂纹的活动性变化。研究成果为进一步综合利用地电场信息监测复杂应力环境下的岩体动力破坏孕育演化过程,提升新时期下地电场监测技术的测试应用质量和精细化水平具有重要意义。更多还原