[發明專利]覆巖水力及巖石力學監測方法及系統

在審

• 申請號: 202110466498.0
• 申請日: 2021-04-28
• 公開（公告）號: CN113153282A
• 公開（公告）日: 2021-07-23
• 發明（設計）人: 史浙明;屈伸;許慶宇;王廣才;韓嘉謙
• 申請（專利權）人: 中國地質大學（北京）
• 主分類號: E21B49/00
• 分類號: E21B49/00;E21B47/00;G06F30/20;E21C41/18
• 代理公司: 北京方韜法業專利代理事務所(普通合伙) 11303
• 代理人: 黨小林

本發明提供了一種覆巖水力及巖石力學監測方法及系統。該方法包括：通過在礦區范圍內的水文監測孔內設置的自動水位計和氣壓計，監測水位數據和氣壓數據；利用井水位的固體潮效應和氣壓效應，在不同的情況下選擇相對應的反演計算模型，計算不同的煤層上覆含水層的水文地質參數；通過得到不同層位煤層上覆含水層的水文地質參數可以直觀全面地了解“三帶”(彎曲帶、斷裂帶和冒落帶)的分布特征，為“三帶”的劃分提供新的依據；通過獲取水文地質參數的空間、時間變化特征，監測煤礦開采過程中煤層上覆含水層水文地質參數的時間和空間變化規律。本發明提供的覆巖水力及巖石力學監測方法及系統能夠識別采礦過程對上覆地層的實時影響。

技術領域

本發明涉及水文地質勘探技術領域，特別是涉及一種覆巖水力及巖石力學監測方法及系統。

背景技術

隨著經濟社會的發展和人口的不斷增長以及城市工業化步伐加快，人類對能源的需求也成倍增長，因此煤炭將繼續作為一種傳統能源開發利用。然而煤層開采后造成的采空區，將引起其上覆巖層破裂從而不可避免地影響上覆含水層的結構及性質，引起地下水漏失，水質惡化，地面塌陷，地裂縫等一系列生態環境問題。因此，了解采煤過程中對上覆地層造成的力學破壞的動態變化無疑具有重要意義。當前監測煤礦開采對上覆地層破壞主要通過井下觀測導水裂隙帶高度結合數值模擬來研究動態演化，或者通過相似模擬的方法進行。然而數值模擬和相似模擬的缺陷在于其結果的主觀性以及不確定性，使得上述方法的應用范圍十分有限。此外，由于地質體的復雜性以及采礦過程中的不確定性，只有實時監測才是有效地準確獲取采礦對其動態影響的關鍵。另一方面，常規的水文地質試驗及巖石力學試驗往往成本很高，連續進行監測幾無可能，這也使得實時監測采礦引起的上覆巖層動態無法實現。

發明內容

本發明要解決的技術問題是提供一種覆巖水力及巖石力學監測方法及系統，能夠識別采礦過程對上覆地層的實時影響。

為解決上述技術問題，本發明提供了一種覆巖水力及巖石力學監測方法，所述方法包括：通過在礦區范圍內的水文監測孔內設置的自動水位計和氣壓計，監測水位數據和氣壓數據；利用井水位的固體潮效應和氣壓效應，在不同的情況下選擇相對應的反演計算模型，計算不同的煤層上覆含水層的水文地質參數；通過得到不同層位煤層上覆含水層的水文地質參數可以直觀全面地了解“三帶”的分布特征，為“三帶”的劃分提供新的依據；通過獲取水文地質參數的空間、時間變化特征，監測煤礦開采過程中煤層上覆含水層水文地質參數的時間和空間變化規律。

在一些實施方式中，水文監測孔設置在工作面中央及靠近工作面的外側。

在一些實施方式中，反演計算模型包括：固體潮水平流模型、固體潮垂直流模型、固體潮氣壓模型。

在一些實施方式中，固體潮水平流模型由如下公式給出：

在一些實施方式中，固體潮垂直流模型由如下公式給出：

在一些實施方式中，固體潮氣壓模型由如下公式給出：

在一些實施方式中，還包括：根據得到的煤層上覆含水層的水文地質參數垂向的變化規律，直觀全面地了解“三帶”的分布特征，建立煤層上覆地層“三帶”劃分的新依據。

在一些實施方式中，還包括：通過監測含水層水位動態及水文地質參數變化規律,分析得出煤礦等開采的擾動范圍和影響半徑，對礦井涌水和頂板垮落起到預報作用。