[發明專利]一種房柱式采空區勘查系統及方法

有效

• 申請號: 202010938027.0
• 申請日: 2020-09-07
• 公開（公告）號: CN112034530B
• 公開（公告）日: 2023-10-03
• 發明（設計）人: 牛建立;馬炳鎮;郭建磊;姚偉華;侯彥威;李學潛
• 申請（專利權）人: 中煤科工集團西安研究院有限公司
• 主分類號: G01V11/00
• 分類號: G01V11/00;G01V3/26;G01S15/06;G01B11/24
• 代理公司: 北京天奇智新知識產權代理有限公司 11340
• 代理人: 李振文

本發明涉及一種房柱式采空區勘查系統及方法。本發明首先對房柱式采空區形成和賦存特征進行詳細調研，然后利用地面物探精細成像技術圈定房柱式采空區分布范圍，為首個鉆孔提供靶區，指導鉆探快速揭露采空區。再通過高精度孔中窺視、孔中三維激光掃描和三維聲吶掃描技術實現煤礦房柱式采空區精準勘查。本方法的優點是集成了地、孔探查技術的各自優勢，通過地面物探精細成像技術指導鉆探快速揭露房柱式采空區，采用高精度孔中掃描技術實現了房柱式采空區邊界、開采具體參數、頂板及圍巖穩定性、積水情況要素的高精度勘查；同時鉆孔布設依據充分，沒有無效工作量，節約了鉆探工程量和鉆探成本。

技術領域

本發明屬于礦井隱伏災害勘查領域，具體是涉及一種房柱式采空區精準勘查系統及方法。

背景技術

房柱式采煤法是柱式采煤體系的一種，采煤時劃分若干個煤房與煤柱 (留有規則的不連續的煤柱)，回采工作在煤房中進行，開采階段煤房和煤柱交替布置，煤柱不進行回收。煤層開采結束后留下不同形狀的房柱式采空區，形成了隱蔽致災地質因素，如“采空區、積水區、頂底板、殘留煤柱、沖擊壓力等”等，嚴重影響著煤礦安全生產。要防范或治理以上致災因素，就需要精準勘查采空區具體邊界、頂板及圍巖穩定性、積水情況等參數，以保證煤礦安全生產。但是，現有技術中的常規勘查方法(物探、鉆探、化探等)對房柱式采空區均無法實現精準勘查，其中的物探方法探測采空區主要分為地震類方法和電磁類方法，均是基于采空區與圍巖介質的物性差異。房柱式采空區通常埋深較淺，地震勘探受淺地表低速帶影響，使得勘探信噪比和分辨率降低；再者房柱式采空區規模較小，結構復雜，對地震橫向分辨率要求較高，常規的觀測系統不能對房柱式采空區邊界進行有效識別。電磁類方法在常規技術條件下很難對規模小的采空異常體進行有效識別，再者電磁法勘探均受“體積效應”影響，無法對采空區具體邊界進行圈定。當前的物探方法只能做到定性解釋，無法對采空區具體邊界、頂板及圍巖穩定性、積水情況進行精準定量。鉆探因施工成本高、單孔獲取的信息量有限，受孔斜等因素影響，無法對房柱式采空區具體邊界等要素進行精準勘查。化探主要通過水化學分析來判別水樣來源于采空區積水還是地層水，對周圍是否存在采空區進行判斷。

發明內容

本發明的主要目的是解決現有技術所存在的“無法對房柱式采空區實現精準勘查”的技術問題，提出了一種房柱式采空區勘查系統及方法。該系統方法在調研基礎上進行地面物探精細探查，根據地面物探精細勘探成果圈定采空區分布范圍，為勘查區域首孔提供最佳靶區，指導鉆探快速揭露采空區，后通過孔中高精度三維激光/聲吶探測成果確定接續鉆孔具體孔位，通過連續追蹤、依次推進的方式查清整個區域，實現對房柱式采空區的邊界、開采具體參數、頂板及圍巖穩定性、積水情況要素進行精準勘查。

為了達到發明的目的，本發明采用的技術方案為：

一種房柱式采空區勘查方法，包括：

首孔孔位確定步驟，基于歷史開采數據調研結果進行地面物探精細勘探，根據地面物探精細勘探結果確定勘查區的首孔孔位；

地孔電磁探測步驟，若首孔打到煤柱則采用地-孔瞬變電磁法探測采空區分布延伸情況；

采空區探測步驟，若首孔揭露采空區則利用孔中窺視儀觀測采空區是否積水；若采空區內部積水小于預設閾值則采用孔中高精度三維激光掃描技術進行探測，若采空區內部積水大于預設閾值小于滿積水，則采用孔中高精度三維激光和三維聲吶共同掃描，若采空區內部滿積水，則采用孔中高精度三維聲吶掃描。

優選的，上述的一種房柱式采空區勘查方法，包括：所述首孔孔位確定步驟中，所述歷史開采數據包括：地質、水文、鉆探、開采歷史、采掘概況、房柱式采空區結構和埋深信息。

優選的，上述的一種房柱式采空區勘查方法，包括：地孔電磁探測步驟中，地面鋪設矩形發射回線，邊長一般為目的層深度的1.5倍，孔中進行磁場三分量數據采集，采集點間隔為2m，在目的層深度附近或信號變化處加密到1m。