工作面底板跨孔成像装置及注浆效果监测方法与流程

技术特征：

1.一种工作面底板跨孔成像装置，其特征是，包括在煤矿工作面两巷道内设置的多个监测孔，在每个监测孔内均设有固定在塑料套管内一定数量的环形电极及一根电缆，所述环形电极均匀串联在电缆上，多个监测孔中的电缆在监测孔口处引出后串联后被引入巷道底板下，电缆通过预设的电缆槽沟引入到工作面外，电缆连接到工作面外的直流电法仪器；所述监测孔的深度大于含水层到工作面底板的深度；所述环形电极与电缆的最下端加一重物，使环形电极和电缆与监测孔的孔壁保持平行状态，使环形电极间距均等。

2.如权利要求1所述的工作面底板跨孔成像装置，其特征是，每两个监测孔之间的间距为50-120m之间；所述监测孔为垂直的钻孔或倾斜的钻孔。

3.如权利要求1所述的工作面底板跨孔成像装置，其特征是，所述电缆的抗压力大于6Mpa。

4.如权利要求1所述的工作面底板跨孔成像装置，其特征是，所述电极为铜制圆环形电极，能够增加电极与注浆材料的接触面，使电极与外界介质充分接触。

5.如权利要求1所述的工作面底板跨孔成像装置，其特征是，每个监测孔中均匀设置有16个电极，每两个电极之间的间距为5m，共75m。

6.如权利要求1所述的工作面底板跨孔成像装置，其特征是，所述塑料套管距离巷道底板以下0.8m处，设有螺钉孔，电缆接头从该螺钉孔中引出，并使用螺母将该螺钉孔拧死。

7.如权利要求1所述的工作面底板跨孔成像装置，其特征是，所述巷道底板上，挖设有0.8m深的电缆槽沟，电缆通过预设的电缆槽沟引入到工作面外的直流电法仪器处，便于数据采集。

8.利用工作面底板跨孔成像装置的注浆效果监测方法，其特征是，包括以下步骤：

1)根据工作面的情况，在工作面两上下两巷道内合理设计钻孔；

2)根据设计的钻孔进行跨孔三维成像正、反演研究，观测成像效果，根据反演成像情况确定钻孔的合理性；

3)确定钻孔位置后，进行钻孔施工：

a钻孔在施工过程中，钻孔必须采用套管技术，使用非金属套管，套管孔径小于钻孔孔径既可；

b当钻孔揭露含水层的时，必须对含水层先进行注浆，封堵含水层裂隙，封闭含水层孔段；封闭完好后，重新对钻孔进行施工，继续向钻孔深部施工，直至施工到钻孔设计深度位置；

4)钻孔施工完毕后，将电极和电缆连接好；在电极与电缆的最下端加一重物，目的是电极和电缆孔壁保持平行状态，使电极间距均等；

5)注浆封堵电极及电缆钻孔及埋设钻孔中接出来的电缆；为了保证数据采集正常采集，将电极及电缆埋设好，确保数据经电缆将传输到主机。

6)检测整套装置的连接情况，连接完好后方可进行正常进行跨孔三维成像，监测注浆情况，对注浆不良区域进行重点注浆。

9.如权利要求8所述的利用工作面底板跨孔成像装置的注浆效果监测方法，其特征是，所述步骤2)中的跨孔三维成像正、反演具体为：

根据地电理论点电源三维电场微分方程为：

σ表示电导率，表示电位差，I表示电流，δ是狄拉克函数，(x₀,y₀,z₀)为电源位置，(x，y，z)为测量点的位置，将上式子改成三维直角坐标条件下格式：

$\mathrm{\σ}\left(\frac{{\∂}^{2}U}{\∂x^2}+\frac{{\∂}^{2}U}{\∂y^2}+\frac{{\∂}^{2}U}{\∂z^2}\right)+\frac{\∂\mathrm{\σ}}{\∂x}\frac{\∂U}{\∂x}+\frac{\∂\mathrm{\σ}}{\∂y}\frac{\∂U}{\∂y}+\frac{\∂\mathrm{\σ}}{\∂z}\frac{\∂U}{\∂z}=-I\mathrm{\δ}\left(x-x_0\right)\mathrm{\δ}\left(y-y_0\right)\mathrm{\δ}\left(z-z_0\right)$

上式改成有限差分方程为A为大型对称正定矩阵，为网格节点上的电位向量，b为供电点位置向量；并利用双向共轭梯度方法求解三维电位分布值，求解三维电场的电位分布过程即为正演过程；三维正演完成后，利用圆滑最小二乘法进行反演，反演出工作面岩层电阻率分布图。

10.如权利要求8所述的利用工作面底板注浆实时监测装置的监测方法，其特征是，注浆完成后，继续监测采动工作面，在工作面回采过程中，实时监测工作面底板采动破坏过程，直至工作面安全回采完成。