采動巖體滲流特征的地電場顯現(xiàn)與水害預(yù)警基礎(chǔ).pdf

1、以捕捉礦井采動巖體滲流全過程中的地電場響應(yīng)規(guī)律為目標(biāo),以微觀-中觀-宏觀理論論證為基礎(chǔ),將室內(nèi)模擬實(shí)驗(yàn)作為主體,將長期的礦井實(shí)測試驗(yàn)為關(guān)鍵,針對礦山采動條件,完成了對巖體損傷、地下水滲流和二者交叉過程中的地電場響應(yīng)的機(jī)理、宏觀檢測特征、大尺度實(shí)測規(guī)律的研究,給出了利用地電場監(jiān)測手段進(jìn)行頂板水害預(yù)測預(yù)報的理論基礎(chǔ)與技術(shù)節(jié)點(diǎn)。其主要研究成果簡述如下:
　　(1)理論研究方面,基于裂隙尖端電荷分離機(jī)制、固液界面雙電層模型,結(jié)合靜電場高斯

2、定理,分析了采動巖體滲流過程中地電場響應(yīng)的機(jī)理;利用電場疊加理論論述了地電場異常的宏觀可檢測性,并給出了宏觀檢測規(guī)律的推論,認(rèn)為采動巖體滲流過程中的地電場異常在大尺度(室內(nèi)測試時/空尺度以min/cm計(jì),礦山測試時/空尺度以h~d/m計(jì))條件下可測并具有科學(xué)規(guī)律,此推論通過室內(nèi)實(shí)驗(yàn)、現(xiàn)場試驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證。
　　(2)室內(nèi)實(shí)驗(yàn)方面,采動巖體破壞物理模擬(6項(xiàng))和地下水穩(wěn)態(tài)滲流物理模擬(7項(xiàng))兩類實(shí)驗(yàn)中電場的表現(xiàn)有所不同,在電性參數(shù)曲線

3、的波動節(jié)奏、升降規(guī)律上有所差異;采動巖體滲流物理模擬實(shí)驗(yàn)(8項(xiàng))中,電場雖兼具巖體破壞過程和穩(wěn)態(tài)滲流過程的兩種特征,但二者呈現(xiàn)此消彼長的關(guān)系,電性參數(shù)曲線的主體特征受主導(dǎo)過程控制,局部特征受次要過程影響。
　　(3)現(xiàn)場試驗(yàn)方面,采動頂板巖體破壞試驗(yàn)與采動頂板水滲流試驗(yàn)兩種試驗(yàn)中地電場的表現(xiàn)明顯不同,與理論研究和室內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)論有具體的驗(yàn)證關(guān)系,且與礦山壓力參數(shù)、水文參數(shù)的變化規(guī)律有所對應(yīng),驗(yàn)證了室內(nèi)實(shí)驗(yàn)結(jié)論,證明了地電場參數(shù)對礦山采

4、動巖體滲流特征具有超前表征能力。
　　(4)通過上述三類研究工作的開展,認(rèn)為地電場參數(shù)(自然電位、一次場電位、一次場電流)的時域特征可作為判斷采動巖體滲流狀態(tài)的基依據(jù)。此外,在地電場測試區(qū)域內(nèi),自然電位的波動特征具有表征滲流系統(tǒng)的局部的、短暫的異常過程的能力,一次場電位與電流的階段性具有表征滲流系統(tǒng)的整體的、持續(xù)的異常現(xiàn)象的能力。
　　(5)針對頂板水害預(yù)警,完成了對采動巖體滲流的3個階段的劃分,界定了各階段中巖體損傷、地下