一种顶板两带破坏高度探测方法

本发明涉及矿山安全开采领域，具体涉及一种顶板两带破坏高度的探测方法。

背景技术：

1、煤炭是我们人类的生产生活必不可缺的能量来源之一，煤炭的供应也关系到我国的工业乃至整个社会方方面面发展的稳定，煤炭的供应安全问题也是我国能源安全中最重要的一环，留设保护煤柱是实现安全开采的主要技术途径，而导水裂隙带和垮落带(简称“两带”)高度是留设保护煤柱的重要参数，因此，分析并预测工作面的两带高度发育情况对于我国实现安全、高效、绿色开采具有重要意义。

2、因为地质条件复杂多样，各地岩性差异较大，且根据两带高度公式计算方法也会有一定的偏差，不能准确得出两带高度的数据,特殊的地质条件与采矿条件决定导水裂隙带发育高度具有其自身特征，经验公式不适用于特殊地质条件，其他方法也只是作为辅助作用，重复使用会浪费人力物力，也会影响预测的精度，可能会带来安全隐患。

3、瞬变电磁法是一种电磁探测技术，实质上为物理勘探，即根据岩层、空气、水电阻率的差异分辨成分。因为井下空间狭窄，导致用于地表测量的大线圈使用不便，需要借助多匝小线框进行施工测量。小线框电磁波发射方向性极强，探测目标区域针对性极强。一般情况下，导水裂隙带发育程度越高，富水性就会越强，低阻特征越明显，因此在测量两带高度发育情况可以采用瞬变电磁法。

技术实现思路

1、为解决上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种顶板两带破坏高度的探测方法。该方法可有效探测两带高度的发育情况，分析顶板破坏及发育规律，保证工作面的安全回采。

2、首先，需要对采煤工作面的地质条件进行分析，收集各项数据，根据两带高度计算公式计算得出两带高度的预测结果。

3、其次，应布置井下监测系统，主要有电法监测装置、发射线框、接收线框、测线、微震信号传感器，数据采集器。布置井上数据传输平台、电阻率仪、终端计算机，可以对监测数据进行储存和管理。因为存在地质条件不同的情况，在地下存在地电体不均匀的情况中，有一些因素会对数据的收集造成噪音干扰，为了更接近实际情况，所以在数据传输入电脑后，需要对数据进行预处理。在布置探测仪器的时候注意位置、方向的设计，探测方向可设计为与巷道斜上45°，每个测点间距可以设为10m，将线圈置于探测点的中心，对每个探测点位置进行标记，并编号做好记录(图2)，需全面监测到整体的两带破坏的动态数据，以供后期对比分析。

4、然后，需要采用微震监测和电法勘探方法进一步确定两带高度的范围。

5、在煤层开采后，岩层受采动影响周围岩体会发生破坏，由采矿引起的上覆岩层破坏并向采空区垮落，形成垮落带(图3)，适宜采用微震监测技术来观测围岩破坏过程。通过多通道微震监测系统对此过程全天候的监测，可以实现对于常规方法中不可达到地点的监测。微震监测技术可以实现对微震事件的高精度定位，通过井下工作面内微震传感器，将监测的微震信号实时传输至终端监控计算机，再通过编制对实时监测数据进行空间定位分析的三维软件，借助于可视化编程技术，可以实现对实时监测数据的可视化三维显示。然后分析工作面采动过程中产生的参数变化特征，可以总结出采动过程中顶板岩层变形与破坏的详细特征，从而进一步的确认垮落带和导水裂隙带的发育情况。

6、自监测系统正常运行以后，在开采过程中可以实时获取顶板岩层在采动应力下所产生的破裂应力波，对波形进行定位处理后，可以获取整个工作面内的微震事件分布情况。将获取的全部微震事件传输至终端计算机进行处理分析，可以得出两带的高度数据。

7、电法勘探包括瞬变电磁法和高密度电阻率法，因为岩石、空气以及水之间存在导电性的差异，所以在煤层开采后，岩层受采动影响范围的电阻率变化显著，电阻率对地层的岩性、裂缝发育程度和富水性具有显著的对应关系。在工作面回采完毕，顶板垮落后，导水裂隙带发育趋于稳定，回采形成的导水裂隙带被水充填后，电阻率将明显降低，瞬变电磁探测显示为低阻异常区，满足瞬变电磁仪的探测条件，因此，瞬变电磁法适用两带高度的探测。瞬变电磁法对低阻体反应比较敏感，在高电阻区探测低电阻质体比较灵敏，具有自动消除主要噪声源，而且无地形影响的优点。

8、针对工作面顶板两带探测的目的，煤层顶板30m以下范围为重点探测区域，主要变化范围在砂、泥岩交界面附近。由于煤层采动过程中围岩的受力状态发生改变，其岩层电阻率值同样也会发生变化(图4)，且随着采动进程会表现出不同特征。监测分析时采用视电阻率值的相对变化量来反应两带的变形与破坏情况，在开采过程中每天保存探测记录，将不同时间的视电阻率值相比较，来反应煤层开采后垮落带破坏的动态变化情况。通过分析不同日期视电阻率剖面图，可以得到导水裂隙带和垮落带的高度及其形态，准确地探测到其发育的最大高度。利用瞬变电磁法对回采工作面采空区导水裂隙带发育程度的探测，为矿井回采工作面顶板水害防治措施的制定，提供了重要依据。

9、若两带的发育高度波及到上覆含水层，会使顶板水溃入井下，对矿井煤矿安全构成严重的威胁，在综放开采已然成为我国煤层开采的主要采煤方法的情况下，对薄-中厚煤层开采方法中总结归纳的覆岩两带高度预测经验公式已不再适用，所以，本发明的一种顶板两带高度探测方法的优势可以准确探测两带的发育高度，而且相比较传统的探测手段，瞬变电磁法具有费用低、效率高、操作简单，探测结果准确等优点。对防治水工作安全管控，消除突水威胁，保障工作面合理开采，对于我国实现安全、高效、绿色开采具有重要的指导意义。

技术特征：

1.一种顶板两带破坏高度的探测方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的顶板两带破坏高度的探测方法，其特征在于，所述两带高度计算公式为垮落带高度计算公式、导水裂隙带高度计算公式。

3.根据权利要求1所述的顶板两带破坏高度的探测方法，其特征在于，所述电法勘探包括：瞬变电磁法和高密度电阻率法。

4.根据权利要求1所述的顶板两带破坏高度的探测方法，其特征在于，所述微震监测方法需要在井下巷道通过钻孔的方式布设微震传感器和电极，排列紧密增强探测精度。

5.根据权利要求3所述的顶板两带破坏高度的探测方法，其特征在于，所述瞬变电磁法需要在井下提前布置，设计好探测方向以及测点，确保得到的探测结果准确。

技术总结
本发明公开了一种顶板两带破坏高度的探测方法。主要采用电法勘探，瞬变电磁法和高密度电阻率法利用不同岩石、空气以及水之间导电性(以电阻率表示)的差异，可以实现探测跨落带和导水裂隙带的具体变化以及高度范围，该测量方法包括以下步骤：首先，通过两带计算高度公式得出两带高度的预测结果；然后，需要在相应位置安装电法勘探和微震监测需要的设备；其次，采用电法勘探、微震监测法确定研究区两带高度的发育情况；最后，经过分析不同时期不同位置的视电阻率变化结合微震信号监测结果得出准确的两带发育高度。对于我国实现安全、高效、绿色开采具有重要的指导意义。

技术研发人员：孙文斌,王绍禹,刘红强
受保护的技术使用者：山东科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/13