清华大学学报(自然科学版)

作者：王欣宇, 王恩元, 岳建华, 朱国庆, 程德强, 刘晓斐, 李德行, 郑司建

单位：1. 中国矿业大学 安全工程学院, 徐州 221116;<br>2. 中国矿业大学 资源与地球科学学院, 徐州 221116;<br>3. 中国矿业大学 信息与控制工程学院, 徐州 221116;<br>4. 中国矿业大学 碳中和研究院, 徐州 221116

关键词：煤与瓦斯突出,直流电法,探测预警,应力异常,灾害防控

基金：国家重大科研仪器研制项目(52227901);国家自然科学基金重点项目(51934007);国家重点研发计划项目(2023YFC3009900);国家自然科学基金青年科学基金项目(52204257);江苏省自然科学基金项目(BK20231084);广东省基础与应用基础研究基金项目(2022A1515110132)

煤矿掘进工作面前方的应力和结构异常区是煤与瓦斯突出的高发区域。为研究直流电法应用于煤体应力分布和异常区超前探测的可行性, 该文开展了煤样单轴分级加载视电阻率测试试验, 研究了煤样单轴分级加载过程中, 视电阻率的时空演化规律; 利用直流电法超前探技术对突出矿井的掘进工作面进行了连续跟踪探测, 揭示了煤矿掘进工作面前方的应力分布与视电阻率的区域对应关系, 以及应力异常区域的地-电响应特征, 并与钻屑量和实际揭露情况进行了对比验证。该文研究结果表明： 受载煤样的视电阻率时空演化规律与应力变化密切相关, 高阻区域和视电阻率均值随应力增加呈先减少后增大的趋势, 煤样的结构演变是视电阻率变化的主要原因; 掘进工作面前方的视电阻率与煤体应力分布较吻合, 从迎头向煤体深处, 呈先降低后缓慢升高, 并逐渐趋于稳定的变化趋势, 能基本反映应力“三带”分布情况; 当原岩应力区出现较明显的高低阻不规律分布特征时, 可视为应力或结构异常区域响应信号; 基于钻屑量和后期揭露发现, 视电阻率划分区域与实际情况的一致性较高, 表明直流电法可有效探测和识别煤岩体掘进工作面前方的应力分布和异常区域。该文研究结果不仅可为基于直流电法的煤与瓦斯突出危险区域精准超前探测提供理论依据和技术支撑, 还可为拓展煤岩动力灾害超前预警提供参考。

来源：2025年第3期

《清华大学学报(自然科学版)》期刊编辑部

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