采動巖體滲流特征的地電場顯現(xiàn)與水害預警基礎(chǔ).pdf

1、以捕捉礦井采動巖體滲流全過程中的地電場響應規(guī)律為目標,以微觀-中觀-宏觀理論論證為基礎(chǔ),將室內(nèi)模擬實驗作為主體,將長期的礦井實測試驗為關(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的機理、宏觀檢測特征、大尺度實測規(guī)律的研究,給出了利用地電場監(jiān)測手段進行頂板水害預測預報的理論基礎(chǔ)與技術(shù)節(jié)點。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的機理;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,礦山測試時/空尺度以h~d/m計)條件下可測并具有科學規(guī)律,此推論通過室內(nèi)實驗、現(xiàn)場試驗進行了驗證。
　　(2)室內(nèi)實驗方面,采動巖體破壞物理模擬(6項)和地下水穩(wěn)態(tài)滲流物理模擬(7項)兩類實驗中電場的表現(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驗(8項)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過程控制,局部特征受次要過程影響。
　　(3)現(xiàn)場試驗方面,采動頂板巖體破壞試驗與采動頂板水滲流試驗兩種試驗中地電場的表現(xiàn)明顯不同,與理論研究和室內(nèi)實驗結(jié)論有具體的驗證關(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,驗證了室內(nèi)實驗結(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?，F(xiàn)象的能力。
　　(5)針對頂板水害預警,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