引言

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

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

工作面水文地質情況

圖1 2號煤層帶壓開采分區與12214工作面位置關系圖

（一）大氣降水、地表水

12214工作面開采2號煤層，對應地面無河流，且基巖厚度達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象為主。

（三）底板含水層水

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

并行電法云監測系統

（一）系統簡介

并行電法云監測系統是基于國家發明專利而研制的最新數字化產品，該系統采用高效率、大數據、泛裝置的地電場同步采集技術，并結合物聯網技術、5G 傳輸、云端處理、深度學習等手段，推動了直流電法由傳統單次探測功能向“遠程采集、云端存儲、時變處理、動態預警”方向轉變的新發展，實現了“采集在現場，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，為數字工程建設提供了重要的技術支撐。

（二）性能參數

系統穩定可靠，是一款本質安全型及防爆產品。可在高溫、高濕度等惡劣環境下穩定工作，實現全天候不間斷連續監測，同時采集的電性參數豐富，采集頻率超高，數據全部自動上傳云端進行存儲和自動處理，通過客戶端進行數據查看和下載。具體智能地電場參數有：

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 5min/次（以 64 個電極為例），并可導出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，進行測線所有電極的自然電位數據采集。

現場監測情況

（一）現場監測布置

根據12214工作面風巷條件，在巷道內靠外側采用挖溝的方式埋設2條電法測線，測線布置從Y3測點外5m至Y14測點內25m位置（工作面回采進尺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點往切眼25m處、32#電極位于Y6測點往切眼10m。第二條測線緊接第一條測線進行布置，共布置24個電極，電極距為10m，56#電極位于Y3點往外5m處（圖2、圖3）。

圖2 并行電法云監測系統現場布置圖（圖中藍線為測線，粉色點為測點）

圖3 電極布置示意圖

（二）數據采集

觀測系統于2021年5月17日安裝完畢，井下采集系統位于12214風巷Y3測點處側幫，通過井下局域網上傳至地面服務器，自2021年8 月20日進入X100陷落柱活化監測測線范圍內開始數據的時時采集工作，單日四次下發采集任務，每6小時下發參數采集一次數據，時間點分別為當日02:00、08:00、14:00、20:00。

（三）監測成果

數據采集工作自2021年8月20日開始，2022年4月20日結束，歷時8個月，累計采集有效數據605個。不同時段成果對比分析表明測線控制范圍內富水異常區基本分布在12214 風巷底板下方0-20m范圍，局部區域分布在底板下方0-60m范圍，為X100 陷落柱受工作面采動影響底板裂隙發育，積水下滲所致，巷道底板下方60-150m范圍內視電阻率值呈現高阻反應，說明監測階段X100陷落柱深部受到工作面采動影響較小，柱體內充填物膠結良好（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

結論

（1）并行電法監測結果顯示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別明顯，X100陷落柱下方0-60m范圍存在富水變化較大現象，表明淺部易受到工作面采動影響，柱體內充填物發生位移和破裂，裂隙發育，工作面采空區積水可通過裂隙下滲至柱體內，為富水影響階段；下方60-150m范圍保持高阻反應，說明柱體內充填物膠結良好，受工作面回采采動影響較小，未產生發生位移和破裂，為富水無影響階段。

（3）并行電法云監測系統實現了底板滲流電場的長期動態監測，及時對底板突水進行監測預警，可有效保障工作面安全開采。