[發明專利]基于光纖及滲壓計的采場覆巖及土層復合導高監測方法

有效

• 申請號: 202111481535.1
• 申請日: 2021-12-06
• 公開（公告）號: CN114184153B
• 公開（公告）日: 2022-07-19
• 發明（設計）人: 王啟慶;李文平;徐興華;陳維池;張育寶
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學;浙江省地質礦產研究所
• 主分類號: G01B21/08
• 分類號: G01B21/08;G01B11/16
• 代理公司: 北京盛詢知識產權代理有限公司 11901
• 代理人: 陳巍

本發明公開了一種基于光纖及滲壓計的采場覆巖及土層復合導高監測方法，包括：對工作面及周邊地面進行勘探并收集勘探資料，并計算導高進入土層的最大深度；基于勘探資料和導高進入土層的最大深度，使用光纖傳感器光纜和滲壓計設計采場覆巖及土層復合導高監測方案，并基于監測方案鋪設光纖傳感器光纜和滲壓計；收集光纖傳感器光纜和滲壓計的監測數據，對監測數據進行分析，獲得采場覆巖及土層復合導高。本發明基于裂隙帶最大拉伸長度設計定點光纖或選用金屬基索狀應變感測光纜，有效增加了光纖監測的成功率，通過觀測滲壓計讀數在采動過程中的變化，判斷土層內裂隙發育位置，基于光纖和滲壓計監測結果綜合判斷，更加準確確定土層內導高位置。

技術領域

本發明屬于煤炭開采領域，特別是涉及一種基于光纖及滲壓計的采場覆巖及土層復合導高監測方法。

背景技術

在地下開采的過程中，在礦山壓力的作用下，采動工作面頂板覆巖會產生顯著的移動破壞，在巖層內產生裂隙，當這些裂隙相互貫通后，就會形成具有導水功能的導水裂隙帶。根據“上三帶理論”，導水裂隙帶是指采空區上覆巖層的冒落帶與裂隙帶之和。按可采礦層與充水含水層的彼此位置和接觸關系將礦井水害類型劃分為頂板水害、底板水害和周邊充水水害3種。頂板水害的天然水源可分為地表水體(河、湖、海)、巨厚松散含水層、煤系頂板砂巖含水層、煤系頂板灰巖含水層。一般來講，頂板水害主要是由于采礦活動產生的導水裂隙帶溝通了煤層上覆含水層，即導水裂隙帶作為通道溝通了采掘空間與煤層上覆水源，從而導致含水層中的水進入工作面，發生頂板水害事故。因此，明確導水裂隙帶的發育情況，對于防治頂板水害非常重要。侏羅系煤層普遍分布在西部厚土層分布區，其埋藏淺、厚度大，煤層開采后導水裂隙帶普遍貫穿基巖進入土層，土層通常對導高有一定抑制作用，導高進入土層后發育高度多少？如何準確監測其高度？即采場覆巖及土層復合導高的準確獲取，對侏羅系煤層開采頂板水害防治具有重要意義。

現有的導水裂隙帶監測方法中，有一種利用光纖監測的方法，主要是針對基巖內導高監測，通過鉆孔埋設光纖，監測工作面推進過程中光纖應變，通過與基巖極限應變比較判斷導高頂界面；僅用光纖監測導高時，該方法還存在以下不足：一方面，原理主要是將光纖應變與巖土體極限應變比較判斷導高頂界面，然而，煤層覆巖采動移動強烈，光纖應變大于巖土體極限應變時，僅能判斷該處破壞，不能判斷該處裂隙(可能為水平裂隙、離層等)是否與下部裂隙貫通，因此使得監測結果存在一定誤差；另外，由于采動覆巖移動屬于典型大變形，在監測過程中監測信號線易被水平或垂直應力剪斷或拉斷導致測量失效，使得監測成功率較低。

在礦山開采方面，滲壓計主要用于監測采動過程中含水層水位變化或進行煤礦突水預警，一種是將滲壓計埋設在頂板含水層內，監測采動過程中含水層水位變化，或者將滲壓計埋設在隔水層中，監測采動過程中滲壓計變化，預警采動過程中隔水層以上含水層水漏失情況。然而現有的滲壓計監測方法無法應用于土層導高監測中，主要原因為：(1)滲壓計間距太大，滲壓計埋設在含水層內，滲壓計周邊不是封閉水源，監測的含水層變化僅能判斷水位下降，可能是水流入離層空間或補給其他含水層，不能反映裂隙發育到什么位置；(2)滲壓計埋設在土層中，本身滲壓計周邊無水，使得讀數接近零，采動過程中滲壓計讀數變化(一般增加)，僅能說明滲壓計以上含水層發生滲漏，不能判斷導高頂界面。

發明內容

本發明的目的是提供一種基于光纖及滲壓計的采場覆巖及土層復合導高監測方法，以解決上述現有技術存在的問題。

為實現上述目的，本發明提供了一種基于光纖及滲壓計的采場覆巖及土層復合導高監測方法，包括：

對工作面及周邊地面進行勘探并收集勘探資料，基于所述勘探資料計算導高進入土層的最大深度；

基于所述勘探資料和所述導高進入土層的最大深度，使用光纖傳感器光纜和滲壓計設計采場覆巖及土層復合導高監測方案，并基于監測方案鋪設所述光纖傳感器光纜和所述滲壓計；

收集所述光纖傳感器光纜和所述滲壓計的監測數據，對所述監測數據進行分析，獲得采場覆巖及土層復合導高。