PDF《中的应用》

(2) 受电极距测深的影响,对 深部岩体电性变化响应不敏感,导致无法获得岩体 破坏初期的信息,导致预警发布的延迟. 电阻率层析成像技术在勘探领域的成功应用为 解决上述问题和困难提供了新的思路和方法.电阻 率层析成像法利用大量电极组成电极阵列,通过电 极阵列的扫描性测量来采集介质的导电性信息,通 过大量的数据反映介质内部的详细电性结构.由于 电阻率层析成像法具有高精度、高分辨率等普通电 法无法比拟的优点,国内外一些学者对该方法进行 了深入的研究.目前该方法被成功应用于水文地质 和岩土工程等领域,例如探测地下水渗流路径,探 明三维空间中土壤污染物的范围,对滑坡灾害进行 探测、监测和预报,室内岩石破裂试验过程监测等 方面[10~13] .在矿井围岩破坏和地下水活动监测方 面,张平松等[14] 利用立体直流电法和三维电阻反演 成像技术对采煤面覆岩变形与破坏进行动态测试, 具有判定准确、动态效应强的特点;

刘树才等[15] 对 煤层底板采动导水裂隙带演化地电模型进行了深入 的正演研究,并将该方法成功用于工程实际.上述研 究对围岩破坏和地下水活动的电阻率法监测具有重 第29 卷第2期刘斌,等. 电阻率层析成像法监测系统在矿井突水模型试验中的应用 ?

299 ? 要的探索意义和推动作用,但目前总体来说,利用 电阻率层析成像法进行突水前兆监测的文献或报道 较少,对于突水前兆的电阻率层析成像实时监测的 研究不够系统和深入,尤其在反演成像技术方面, 快速稳定的实时反演方法有待研究和开发. 利用具有实时数据采集功能的电法仪器和层析 成像测量网络,以较高的采样率对岩层实施自动监 测,可实时采集反映岩层破裂和地下水活动等过程 的动态电阻率变化信息,从而识别和捕捉到包括岩 层断裂和突水通道形成在内的重要突水前兆信息, 为突水灾害的预测提供参考.但是,目前对于矿井 突水过程中的电阻率层析成像数据响应特征缺乏系 统研究,没有与实时监测匹配的快速稳定的实时反 演成像方法,因此本文从矿井突水模型试验入手, 对电阻率层析成像实时监测方法和系统进行探索和 研究.针对矿井突水物理模型试验中突水过程监测 与前兆信息的捕捉,本文主要进行了以下

3 方面的 研究工作:(1) 设计了电阻率层析成像实时监测系 统,实现了数据的全程实时自动采集;

(2) 综合了 Cholesky 分解算法与预条件共轭梯度算法的优点, 建立了适用于实时监测的快速反演方法,利用动态 输出的真电阻率分布图像对岩层破断渗流通道形成 过程进行实时监测;

(3) 提出了以电阻率层析成像 数据为主的 三结合 (原始视电阻率数据、层析成 像数据和关键点时程曲线相结合)的多参数监测分 析思路,多个参数之间相互补充、相互印证,有效 的提高了突水前兆信息捕捉的成功概率.本文利用 上述研究成果对矿井突水模型试验中突水过程进 行了实时监测,并结合实际开挖情况对电阻率层 析成像法实时监测系统的可行性和有效性进行了 评价.

2 电阻率层析成像实时监测系统与方 法 与基于勘探目的的电阻率层析成像法相比,用 于实时监测的电阻率层析成像法具有全程自动监 测、快速反演成像、多参数综合判断的特点. 2.1 电阻率层析成像实时监测系统 图1为本文所采用的电阻率层析成像实时监测 系统,主要由计算机、主机(重庆奔腾生产的 WDAC