[發明專利]一種礦井工作面頂底板采動破壞裂隙發育動態監測方法

有效

• 申請號: 201410428556.0
• 申請日: 2014-08-28
• 公開（公告）號: CN104181611A
• 公開（公告）日: 2014-12-03
• 發明（設計）人: 魏久傳;肖樂樂;牛超;尹會永;郭建斌;謝道雷
• 申請（專利權）人: 山東科技大學
• 主分類號: G01V11/00
• 分類號: G01V11/00
• 代理公司: 青島高曉專利事務所 37104
• 代理人: 黃曉敏

1.一種礦井工作面頂底板采動破壞裂隙發育動態監測方法，其特征在于包括礦井工作面采動圍巖數值模擬、礦井工作面頂底板采動裂隙動態監測鉆孔設計及施工、監測鉆孔電性數據動態采集、地球物理模型建立及數據正反演和礦井工作面頂底板采動破壞裂隙分析五個步驟，其具體監測過程為：

(1)、礦井工作面采動圍巖數值模擬：根據礦井已有的鉆孔資料，采集相鄰工作面頂底板巖層巖樣，并對巖樣進行三軸巖石力學試驗，獲取巖石力學參數，將獲取的巖石力學參數用于工作面頂底板圍巖破壞數值模擬計算中；根據礦井工作面的實際地質和水文地質情況進行數值模擬，并對工作面頂底板巖層受采動影響而發育的彈塑性區域進行分析；

(2)、礦井工作面頂底板采動裂隙動態監測鉆孔設計及施工：根據步驟(1)得到的數值模擬計算結果，再根據工作面頂底板塑性區域分布情況，在工作面巷道中施工鉆窩并布置三組裂隙發育動態探測孔，每組裂隙發育動態監測孔由四個探測孔組成，其中頂板探測孔為兩個，一個頂板探測孔的傾斜角度大于另一個頂板探測孔的傾斜角度；底板探測孔同樣為兩個，一個底板探測孔的傾斜角度大于另一個底板探測孔的傾斜角度；，鉆孔斜長及角度以數值模擬為依據；

(3)、探測孔電性數據動態采集：利用施工的圍巖裂隙動態監測探測孔，對探測孔內電極、巷道電極和測線進行布置，每個探測孔內均布置一條測線，監控孔內設有數據采集傳輸線和電極；巷道內連續布置三條測線；測線布置完成后，通過數據采集傳輸線對工作面進行數據采集，工作面每推進10m均對測線進行電性數據采集；

(4)、地球物理模型建立及數據正反演：根據步驟(3)采集到的探測孔電性數據，并結合工作面頂底板巖層的地質、水文地質和地球物理性質，建立傾斜層狀地球物理模型，用以增大對工作面頂底板采動裂隙響應靈敏度，提高裂隙分辨能力；并利用建立的傾斜層狀地球物理模型構建基于現有ansys軟件的正演模擬程序和基于高斯—擬牛頓方法的反演程序；

(5)、礦井工作面頂底板采動破壞裂隙分析：結合影響工作面頂底板采動裂隙發育因素，根據動態監測結果，對工作面頂底板裂隙發育規律、形態、頂板冒裂帶發育高度、底板采動裂隙發育深度進行分析，同時，利用上三帶理論和下四帶理論，分析頂底板含水層的富水性、相對隔水層厚度、采動裂隙發育等之間的相互關系，對頂底板水害發生類型、威脅程度和涌水量進行評價，保證工作面安全回采。

2.根據權利要求1所述的礦井工作面頂底板采動破壞裂隙發育動態監測方法，其特征在于所述巖石力學參數包括工作面的尺寸、回采速度、工作面頂底板巖石巖性、采煤厚度和頂底板巖層巖石力學參數。

3.根據權利要求1所述的礦井工作面頂底板采動破壞裂隙發育動態監測方法，其特征在于所述頂板探測孔和底板探測孔分別設置在工作面軌道巷和皮帶巷的鉆窩內，頂板探測孔和底板探測孔的孔徑均為85mm，其中頂板探測孔在工作面軌道巷的投影長度為150m，最大孔深不超過200m；底板探測孔在皮帶巷的投影長度為150m，最大垂深為30m。

4.根據權利要求1所述的礦井工作面頂底板采動破壞裂隙發育動態監測方法，其特征在于所述測線采用高密度電阻率測線，頂板探測孔和底板探測孔內的電極采用環形電極，電極布設采用封堵裝置，封堵介質為氣或水，封堵壓力1MP，封堵裝置的氣囊固定在管路上，管路為PVC材料的密封管路，氣囊通過氣囊孔注射封堵介質，充氣空間的膨脹使環形電極與探測孔的孔壁接觸，環形電極與螺旋多芯電纜通過電極連接線和連接線連接進行數據的傳輸；充氣空間采用由充氣針和橡皮管組成的充氣裝置進行充氣，充氣裝置多個氣囊相互獨立，避免探測孔塌孔時造成氣囊整體泄露而使環形電極無法與探測孔的孔壁接觸，螺旋多芯電纜為環形電極與外接采集儀器的連接線，其螺旋結構避免塌孔時扯斷；螺旋多芯電纜接出管路時采用瓣型密封設計，將瓣型密封塞扣在管路的插孔中，密封套將螺旋多芯電纜和瓣型密封塞固定密封；頂板探測孔和底板探測孔內的電極間距為5m，根據探測孔的斜長布置電極數量，布設在工作面道巷中的測線長度為450m，電極間距同樣為5m；進行數據采集時，采用現有的二極數據采集裝置、三極數據采集裝置、赤道偶極數據采集裝置，多種數據采集裝置綜合剔除假異常，提高探測精度。