[發(fā)明專利]一種煤層頂?shù)装搴瑲淞黧w災(zāi)害的監(jiān)測預(yù)警方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 202210060577.6
• 申請日: 2022-01-19
• 公開（公告）號: CN114495432B
• 公開（公告）日: 2022-10-14
• 發(fā)明（設(shè)計）人: 翟成;陳清華;徐吉釗;陳江;郝志勇;劉金虎;劉廳;梁玉柱;郭彥;陳龍勛;杜春應(yīng);陶旭東
• 申請（專利權(quán)）人: 中國礦業(yè)大學(xué);徐州礦務(wù)集團(tuán)有限公司;新疆庫車縣夏闊坦礦業(yè)開發(fā)有限責(zé)任公司;江蘇國能深井安全開采科技有限公司
• 主分類號: G08B21/10
• 分類號: G08B21/10;E21F17/18;G06F17/10
• 代理公司: 徐州蘇越知識產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙) 32543
• 代理人: 張旭

本發(fā)明公開了一種煤層頂?shù)装搴瑲淞黧w災(zāi)害的監(jiān)測預(yù)警方法，先獲得頂?shù)装鍘r層多個巖心，然后綜合使用低場核磁共振技術(shù)、高壓壓汞法和電法儀對該位置的多個巖心進(jìn)行測試，從微觀層面上揭示煤層頂?shù)装鍘r層的孔隙結(jié)構(gòu)分布及水源空間分布特征；通過微震在線監(jiān)測技術(shù)獲得頂?shù)装鍘r層破壞帶發(fā)育及能量釋放過程；采用深度學(xué)習(xí)方法將上述測試手段的各個巖心數(shù)據(jù)輸入BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，使BP神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)建立各個測試手段數(shù)據(jù)之間關(guān)系的數(shù)據(jù)模型，即構(gòu)建流?固?力耦合模型，從而在后續(xù)未探測區(qū)域中僅需采用上述測試手段其中之一，進(jìn)而獲取該區(qū)域單一或幾個獨(dú)立數(shù)據(jù)輸入該數(shù)據(jù)模型后，即能對未探測區(qū)域頂?shù)装鍘r層的含氫流體的情況及災(zāi)害孕育程度進(jìn)行預(yù)警提示。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種煤層頂?shù)装搴瑲淞黧w災(zāi)害的監(jiān)測預(yù)警方法，尤其適用于頂?shù)装鍘r層突水監(jiān)測范圍窄、智能化預(yù)警能力差的煤層開采和巷道支護(hù)等工況。

背景技術(shù)

隨著開采深度、開采強(qiáng)度、開采速度及開采規(guī)模的增加和擴(kuò)大，煤層頂?shù)撞苛严栋l(fā)育的巖層受到高承壓水或臨近煤層瓦斯的威脅越來越大。礦井突水或瓦斯突出災(zāi)害機(jī)理涉及采礦工程、工程地質(zhì)、巖體力學(xué)、滲流力學(xué)等多個交叉學(xué)科，其中，影響煤層頂?shù)装搴瑲淞黧w災(zāi)害的主要影響因素包含巖層物性參數(shù)(孔滲性、潤濕性、飽和度、層理結(jié)構(gòu)等)、地應(yīng)力、及孔隙壓力大小等。地應(yīng)力和孔隙壓力是表征煤層頂?shù)装搴瑲淞黧w層賦存特征的先決因素，而巖層物性參數(shù)隨著工作面的不斷推進(jìn)可能會發(fā)生一定的變化，對頂?shù)装鍘r層的孔滲性產(chǎn)生重要影響。其中對于頂?shù)装鍖?dǎo)水裂隙帶高度的測試手段主要有經(jīng)驗公式法、實驗?zāi)M法和實際探測法，而對于煤層頂?shù)装辶严稁?nèi)的瓦斯氣體含量估測手段較為缺乏。

其中經(jīng)驗公式法主要是針對理想條件頂?shù)装鍘r層內(nèi)部裂隙帶的形成貫通模型，計算結(jié)果可能與實際情況存在較大的計算誤差；多分層巖層的不同性質(zhì)(如潤濕性、飽和度)影響著水分賦存狀態(tài)及運(yùn)移特性，實驗?zāi)M法未考慮到頂?shù)装鍘r層的非均質(zhì)性和地應(yīng)力對水賦存及動態(tài)運(yùn)移的影響，研究結(jié)果不具備代表性；實際探測法主要通過物探手段對富含水區(qū)域進(jìn)行探測，其操作流程及數(shù)據(jù)處理較為復(fù)雜，且探測結(jié)果容易受斷層結(jié)構(gòu)、多相流體共存及巖層非透明性等因素的限制，缺乏對實驗結(jié)果的驗證。因此，針對上述存在問題，如何提供一種方法，使其不僅能夠提高煤層頂?shù)装鍨?zāi)害潛在危險性的探測準(zhǔn)確性，而且可充分提高煤炭開采效率和對含氫流體的排采效果，是本行業(yè)的研究方向之一。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種煤層頂?shù)装搴瑲淞黧w災(zāi)害的監(jiān)測預(yù)警方法，不僅能夠提高煤層頂?shù)装搴瑲淞黧w災(zāi)害潛在危險性的探測準(zhǔn)確性，而且可充分提高煤炭開采效率及對含氫流體的排采效果。

為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是：一種煤層頂?shù)装搴瑲淞黧w災(zāi)害的監(jiān)測預(yù)警方法，具體步驟為：

a.待所需進(jìn)行監(jiān)測預(yù)警的煤層工作面開始回采時，超前工作面100m從巷道內(nèi)向頂板巖層和底板巖層均鉆取多個不同角度的鉆孔，且每個鉆孔的深度均至設(shè)計深度位置，其中向頂板巖層鉆取的各個鉆孔設(shè)計深度位置為鉆孔到達(dá)頂板巖層下界限層；向底板巖層鉆取的各個鉆孔設(shè)計深度位置為鉆孔到達(dá)底板巖層上界限層；采用泄壓閥對鉆孔進(jìn)行高壓封孔，并通過巖心取芯器對各個鉆孔進(jìn)行保壓取芯，獲得多個巖心；同時利用壓力傳感器監(jiān)測封孔后鉆孔內(nèi)的流體壓力大小，當(dāng)超過安全閾值時自動開啟泄壓閥，將多余的壓力流體排出；

b.采用低場核磁共振技術(shù)對一個巖心在初始、完全飽水/飽氣、離心及完全干燥四種狀態(tài)時的T₂弛豫分布進(jìn)行監(jiān)測，其中對完全飽水、離心兩種狀態(tài)下巖心測試能獲得束縛水、自由水分布特征及T₂截止值；對初始、完全干燥兩種狀態(tài)下巖心測試能獲得巖心含水率及巖體骨架孔隙分布；然后利用多態(tài)聯(lián)測法對同一巖心不同狀態(tài)的T₂弛豫曲線幅值作差，進(jìn)而得到巖心內(nèi)不同尺度孔隙占比及孔隙率特征參數(shù)，同時對不同圍壓條件下含氣巖心測試獲得瓦斯氣體不同賦存特征數(shù)據(jù)；然后重復(fù)本步驟能對多個巖心進(jìn)行測試，取平均值后最終得到多個巖心所處位置的巖體內(nèi)不同尺度孔隙占比及孔隙率特征參數(shù)，及巖體內(nèi)瓦斯氣體不同賦存特征數(shù)據(jù)；