本发明涉及煤层勘探方法技术领域，具体涉及一种工作面开采岩层破坏井下顶底板钻孔电法监测方法。
背景技术
煤层开采后，在地应力的作用下会发生岩石变形与破坏，在底板形成底板破坏带；在顶板形成垮落带、裂缝带和弯曲下沉带。垮落带和裂缝带合称为导水裂缝带。垮落带和裂缝带的发育高度及过程，对于煤层工作面提高回采上限、顶板水害防治、顶板岩层管理和瓦斯防治具有重要的意义。
目前的井下顶板钻孔电法监测装置控制的范围相对较小，特别是双钻孔间的电阻率监测灵敏区范围更小。在采空区的岩层破坏带未进入双钻孔监测区，只能监测到采动超前应力的变化情况；在岩层破坏带进入双钻孔监测区后，垮落带或裂缝带到达钻孔位置后，常导致钻孔电极耦合条件变差，导致电法数据质量显著变差，电阻率图像对垮落带和裂缝带的反映变差，不利于观测垮落带和裂缝带的采后稳定情况；对于顶板岩层为厚层砂岩等坚硬岩层时，垮落带或裂缝带的发育还会导致钻孔中电缆的折断，使得监测系统无法较长时间的监测，在回采工作面距离监测钻孔孔口较远处便结束监测，监测的垮落带和裂缝带高度结果可靠性降低。
技术实现要素：
因此，针对现有技术的上述问题，本发明提出一种工作面开采岩层破坏井下顶底板钻孔电法监测方法。通过扩大双钻孔间电法监测控制范围，使得垮落带或裂缝带的发育不会很快影响到钻孔电缆的电极耦合，能够较长时间的监测电阻率的动态变化，充分反映垮落带和裂缝带的动态发育过程，得到可靠的垮落带和裂缝带高度。
具体的，所述方法包括：
步骤一钻孔平面剖面位置确定
在顺槽巷道的钻孔选择位置，布置一对监测钻孔，第一监测钻孔和第二监测钻孔平面位置重合，在同一垂直剖面上；
步骤二钻孔参数确定
第一监测钻孔和第二监测钻孔在平面方位上指向工作面内；第一监测钻孔为仰孔，仰角为与煤层面夹角；第二监测钻孔孔为俯孔，方位与第一监测钻孔相同，俯角为与煤层面夹角；
步骤三钻孔电极电缆布设
第一监测钻孔和第二监测钻孔的电极之和为电法监测所采用的多道电法仪道数n，n≥60；
步骤四钻孔监测系统施工
在巷道中选择位置施工第一监测钻孔和第二监测钻孔；在第一监测钻孔和第二监测钻孔内将电极电缆牢固束缚于pvc管上送入第一监测钻孔和第二监测钻孔中；将第一监测钻孔和第二监测钻孔全孔注入水泥浆进行封闭；
步骤五数据采集
采用多道电法仪，将第一监测钻孔和第二监测钻孔的电极系统视为一条完整测线，进行数据采集。
进一步的，所述方法步骤二中仰角为与煤层面夹角，通常为40-50°，孔深为预计最大裂缝带高度的1.2-1.5倍高度。
进一步的，所述方法步骤二中俯角为10-20°，孔深40-80m。
进一步的，所述方法步骤三中第一监测钻孔内电极数不少于第二监测钻孔电极数，第二监测钻孔电极数不少于15。
进一步的，所述方法步骤五中数据采集采用高密度电阻率法温纳三极和温纳四极数据采集方式，或采用并行电法am法和abm法数据采集方式，完成电阻率的数据采集。
进一步的，所述方法步骤五中数据采集方法具体为：
采煤位置在钻孔监测范围之外，采集5-10次数据，观测采动超前应力对电法监测范围的影响；
采煤位置在钻孔监测范围以内，每推进3-10m采集一次数据。
本发明的技术效果为，本发明提出一种工作面开采岩层破坏井下顶底板钻孔电法监测方法，相比于现有技术的方法，本发明的方法具有以下优点：
1、能够通过顶底板双钻孔电法系统单电极和任意电极对供电时的电阻率数据采集，对钻孔监测范围的电阻率变化清楚成像。
2、与顶板双孔电法监测相比，顶底板双钻孔监测的空间范围显著增大，更好地反映垮落带和裂缝带的动态发育过程，特别是垮落带的变化。
3、本装置顶板钻孔的仰角较大(40-50°)，垮落带和裂缝带的发育不致于很快地破坏监测系统，有利于监测垮落带和裂缝带的采后稳定过程，提高垮落带和裂缝带高度监测结果的可靠性。
4、工作面底板破坏带深度通常小于20m，采用本装置还可以监测出工作面底板破坏带的深度。
附图说明：
图1为顶底板监测钻孔剖面布置图。
图2为顶底板监测钻孔垮落带、裂缝带和底板破坏带解释图。
图3为监测钻孔平面布置图。
图4为顶板监测钻孔剖面布置图。
图5为顶板监测钻孔垮落带和裂缝带解释图。
具体实施方式
下面对本发明的具体实施方式进行说明：
实施例1
如图1、图2所示，图1中包括1#孔1、2#孔2、巷道3、煤层4、电缆5、套管6，图2中包括弯曲下沉带7、裂缝带8、垮落带9、底板破坏带10。图5中虚线框为电法控制范围，箭头所指为工作面回采方向。
顶底板监测具体包括以下步骤：
1、钻孔控制高度设计：根据采煤工作面地质条件，按照2015年中华人民共和国能源行业标准《煤层开采覆岩破坏动态视电阻率测试方法》，计算出预计垮落带和裂缝带高度，得到设计1#钻孔1的控制高度。
2、钻孔开孔位置选择：在采煤工作面采煤位置前方300m以外位置选择合适的钻孔施工位置，确保钻孔监测系统安装后，钻孔终孔点距采煤位置达100m以上，确保电法监测范围未受采动影响。
3、钻孔平面剖面位置：在某一顺槽巷道3的钻孔选择位置，布置一对监测钻孔，1#孔1和2#孔2平面位置重合或近似重合，可视为在同一垂直剖面上。
4、钻孔参数：1#孔1和2#孔2平面方位上，与巷道3夹角α为10-20°，指向工作面内；1#孔1为仰孔，仰角为与煤层面夹角，通常为40-50°，孔深能够达到设计的控制高度，通常为预计最大裂缝带高度的1.2-1.5倍高度；2#孔2为俯孔，方位与1#孔相同，俯角为与煤层面夹角，通常为10-20°，孔深通常40-80m，控制煤层底板深度通常为15-30m；钻孔近孔口段采用金属套管6长度为5-10m。
5、钻孔电极电缆设计：1#孔1和2#孔2电极之和为电法监测所采用的多道电法仪道数n，通常n≥60；电极序号排列可以布置从1到n，也可以按n到1倒序排列；通常1#孔1内电极数不少于2#孔2电极数，2#孔2电极数不少于15。
6、钻孔监测系统施工：(1)在巷道3中选择位置施工1#孔1和2#孔2；(2)在孔内将电极电缆5牢固束缚于pvc管上送入钻孔中；(3)将钻孔全孔注入水泥浆进行封闭，确保电极耦合良好。
7、数据采集：采用多道电法仪，将2个钻孔电极系统视为一条完整测线，进行数据采集，采用高密度电阻率法温纳三极和温纳四极数据采集方式，或者采用并行电法am法和abm法数据采集方式，完成电阻率的数据采集过程。通常采煤位置在钻孔监测范围之外，应采集5-10次数据，观测采动超前应力对电法监测范围的影响；采煤位置在钻孔监测范围以内，每推进3-10m应采集一次数据(通常为每天采集一次数据)。
8、资料处理与资料提交：对采集的钻孔电法数据采用电法处理软件，得到双钻孔控制范围的电阻率成像图；通过电阻率成像的变化情况，分析垮落带、裂缝带和底板破坏带的发育规律，确定垮落带、裂缝带的高度和底板破坏带深度。
实施例2
本实施例为现有技术的顶板监测法。如图3、图4、图5所示，图中包括1#孔21、2#孔22。
地下不同岩性的地层通常具有不同的电阻率值特征。可在采煤工作面上层巷道或下层巷道中某位置布置钻孔电法监测范围，监测电阻率值变化，钻孔终孔点平面投影位置距割煤位置应在100m以上。目前的井下钻孔覆岩破坏电法监测，均在顶板布置一对钻孔，2个钻孔在平面上重合或可视为重合，在垂直部面上具有不同的钻孔仰角，监测钻孔平面布置如图3所示，垂直剖面布置如图4所示。1#孔21终孔高度超过预计最大裂缝带高度20％以上，控制裂缝带高度；2#孔22终孔高度超过预计最大垮落带高度20％以上，控制垮落带高度。在1#孔21和2#孔22中布置电极电缆，利用多道电法仪采集两钻孔电法数据，得到监测范围电阻率值。煤层、顶板及底板岩层的电阻率值未受采煤作用影响时，所测得的电阻率值为天然状态的电阻率值，称为背景电阻率值。随工作面向电法监测范围逐步推进，监测范围将逐渐受采动应力影响，岩层发生变形与破坏，形成垮落带、裂缝带及弯曲下沉带。不同的变形与破坏带具有不同的电阻率值特点：垮落带岩层裂隙充分发育，电阻率值最高，通常可达背景电阻率值3倍以上；裂缝带岩层裂隙较发育，导水性好，电阻率值明显升高，通常可达背景电阻率值1.5倍以上；弯曲下沉带电阻率值有所升高，为不导水地层。根据不同时间钻孔监测范围电阻率变化特征，分析垮落带和裂缝带的动态发育规律，如图5所示。底板破坏带为裂隙发育带,无采空积水的底板破坏带部分为高电阻率值特征；有采空积水的底板破坏带部分为低电阻率值特征。
通过实施例1和实施例2的对比可见，本发明提供的监测方法的特点在于：
1、监测钻孔的布置方式。向采煤工作面顶板施工1个仰孔，钻孔终孔高度能够控制裂缝带高度；向工作面底板施工1个俯孔，钻孔终孔深度为15-30m。
2、钻孔中电极电缆的设计。根据数据采集使用的多道电法仪道数n(要求n≥60)与电缆与电法仪器接口道数，设计两钻孔电极个数n1和n-n1，通常1#孔内电极数不少于2#孔电极数，2#孔电极数不少于15；电极序号排列可以布置从1到n，也可以按n到1倒序排列。
3、数据采集方式。采用高密度电阻率法温纳三极和温纳四极数据采集方式，或者并行电法am法和abm法数据采集方式。得到顶底板双钻孔电法系统单电极供电时的电阻率值和任意电极对供电时的电阻率值。
本发明对井下钻孔电法监测系统进行改进，对覆岩破坏方法进行改进。具备可实施性。
以上是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护。