引言

山西沁新煤业有限公司新源煤矿（以下简称“新源煤矿”）位于山西省沁源县沁河镇新乐园村、贤友村、李元村、南山村及灵空山镇后南沟、磨子坪一带，行政区划属沁河镇管辖。井田平面形态呈近长方形，南北长约5.4km，东西宽约3.8km，井田面积为18.9988km2， 批准开采2#-11#煤，开采标高自+980m至+470m，生产规模120 万t/a。

新源煤矿井田内奥灰水位标高+880m～+905m，而现阶段回采的12214工作面位于井田南部最低处，开采标高为+600m～+623m，工作面最大承压可达 3.05MPa，且面内发育 X100 陷落柱，存在奥灰突水威胁。按照《煤矿防治水细则》相关要求，新源煤矿与安徽惠洲地质安全研究院股份有限公司（以下简称“惠洲院”）合作，引进并行电法云监测系统，通过在12214工作面布置多种观测系统，对工作面底板富水分布情况、底板破坏带发育深度及回采期间X100 陷落柱活化发育情况进行技术探查和动态监测，确保12214工作面安全回采。

工作面水文地质情况

图1 2号煤层带压开采分区与12214工作面位置关系图

（一）大气降水、地表水

12214工作面开采2号煤层，对应地面无河流，且基岩厚度达300m左右，因此大气降水、地表水对12214工作面回采几乎无影响。

（二）顶板含水层水

顶板砂岩含水层组主要由K8、K9砂岩组成。K8砂岩为2号煤层顶板直接充水含水层，厚度为0.60-8.23m，平均厚 2.96m，单位涌水量0.0447L/s.m，岩性以中—细粒砂岩为主。K9 砂岩为2号煤层间接充水含水层，层间距为20-60m，K8、K9均属弱富水性含水层，由于工作面回采顶板裂隙能够沟通K8、K9等砂岩含水层水，因此K8、K9成为矿井充水的主要水源之一，涌水方式主要以淋滴水现象为主。

（三）底板含水层水

井田内奥陶系含水层富水性为弱-极强，水位标高为+880-+905m， 12214 工作面回采范围内底板标高为+600m-+623m，隔水层厚度 173m（参照ZK702 钻孔），工作面最大承压可达 3.05MPa，且面内发育 X100陷落柱、F190、F191 实揭断层以及DF8隐伏断层等几处潜在导水通道。因此奥陶系含水层水可能通过导水通道涌入12214工作面，易造成突水事故的发生。

并行电法云监测系统

（一）系统简介

并行电法云监测系统是基于国家发明专利而研制的最新数字化产品，该系统采用高效率、大数据、泛装置的地电场同步采集技术，并结合物联网技术、5G 传输、云端处理、深度学习等手段，推动了直流电法由传统单次探测功能向“远程采集、云端存储、时变处理、动态预警”方向转变的新发展，实现了“采集在现场，传输在5G，存储在云端，控制在手上，显示在工地，深度处理在管理中心”的功能，为数字工程建设提供了重要的技术支撑。

（二）性能参数

系统稳定可靠，是一款本质安全型及防爆产品。可在高温、高湿度等恶劣环境下稳定工作，实现全天候不间断连续监测，同时采集的电性参数丰富，采集频率超高，数据全部自动上传云端进行存储和自动处理，通过客户端进行数据查看和下载。具体智能地电场参数有：

1. 电阻率：一次采集提供所有电法装置的电阻率剖面成果图，电阻率采样频率可达 5min/次（以 64 个电极为例），并可导出res 和AGI格式的反演文件。

2. 极化率：提供多个频段的极化率剖面成果图，采样频率可达5min/次（以 64 个电极为例）。

3. 自然电位：最小采样间隔时间为 5s，进行测线所有电极的自然电位数据采集。

现场监测情况

（一）现场监测布置

根据12214工作面风巷条件，在巷道内靠外侧采用挖沟的方式埋设2条电法测线，测线布置从Y3测点外5m至Y14测点内25m位置（工作面回采进尺850m～300m范围），沟槽深度10cm，宽度15cm，沟槽长度与电法测线一致，并在沟槽内每间隔10m 布置一个电极孔，电极孔深15cm，孔径Φ1cm。

第一条测线共布置32个电极，电极距为 10m，1#电极位于Y14点往切眼25m处、32#电极位于Y6测点往切眼10m。第二条测线紧接第一条测线进行布置，共布置24个电极，电极距为10m，56#电极位于Y3点往外5m处（图2、图3）。

图2 并行电法云监测系统现场布置图（图中蓝线为测线，粉色点为测点）

图3 电极布置示意图

（二）数据采集

观测系统于2021年5月17日安装完毕，井下采集系统位于12214风巷Y3测点处侧帮，通过井下局域网上传至地面服务器，自2021年8 月20日进入X100陷落柱活化监测测线范围内开始数据的时时采集工作，单日四次下发采集任务，每6小时下发参数采集一次数据，时间点分别为当日02:00、08:00、14:00、20:00。

（三）监测成果

数据采集工作自2021年8月20日开始，2022年4月20日结束，历时8个月，累计采集有效数据605个。不同时段成果对比分析表明测线控制范围内富水异常区基本分布在12214 风巷底板下方0-20m范围，局部区域分布在底板下方0-60m范围，为X100 陷落柱受工作面采动影响底板裂隙发育，积水下渗所致，巷道底板下方60-150m范围内视电阻率值呈现高阻反应，说明监测阶段X100陷落柱深部受到工作面采动影响较小，柱体内充填物胶结良好（图4、5）。

图4 2021年8月20日视电阻率剖面图

图5 2022年4月20日视电阻率剖面图

结论

（1）并行电法监测结果显示12214工作面回采期间底板采动破坏带深度为0-20m，采动应力超前影响距最大为27m。

（2）不同时段视电阻率剖面图可以明显看出由浅到深视电阻率值区别明显，X100陷落柱下方0-60m范围存在富水变化较大现象，表明浅部易受到工作面采动影响，柱体内充填物发生位移和破裂，裂隙发育，工作面采空区积水可通过裂隙下渗至柱体内，为富水影响阶段；下方60-150m范围保持高阻反应，说明柱体内充填物胶结良好，受工作面回采采动影响较小，未产生发生位移和破裂，为富水无影响阶段。

（3）并行电法云监测系统实现了底板渗流电场的长期动态监测，及时对底板突水进行监测预警，可有效保障工作面安全开采。