[发明专利]一种采动覆岩瓦斯聚集区空间辨识方法和系统

说明书

本发明公开了一种采动覆岩瓦斯聚集区空间辨识方法和系统，首先采用理论分析、物理模拟、数值模拟或现场观测等手段，获得采动覆岩瓦斯聚集区的大致分布；然后在预判瓦斯聚集区域布置若干观测钻孔，观测采空区覆岩结构变化信息、岩性变化信息、裂隙变化信息、钻孔轨迹变化信息、瓦斯浓度变化信息、瓦斯成分变化信息等；而后借助采动覆岩瓦斯聚集区辨识软件系统，经过“点‑线‑面‑体”综合统计、分析和计算，反演出采动覆岩瓦斯场分布和演化规律；最后依据反演结果判定瓦斯聚集区的空间位置，并可对所得成果进行直观的曲线、二维和三维可视化动态展示。本发明可广泛地应用于矿井瓦斯防治领域的采动覆岩裂隙场和瓦斯场分布和演化规律的研究方面。

技术领域

本发明属于矿井瓦斯防治领域，具体涉及一种采动覆岩瓦斯聚集区空间辨识方法和系统。

背景技术

掌握采动覆岩瓦斯聚集区的空间分布和演化规律，是矿井卸压瓦斯治理的关键问题。目前，针对采动覆岩瓦斯分布的研究，主要是采用理论模拟、数值模拟、物理模拟或现场监测的方法，依据所得覆岩裂隙带的分布进行分析判断，缺乏对相关瓦斯参数的直接观测和分析。而裂隙和瓦斯分布虽具有一定的相关性，但仍不足以完全准确确定瓦斯聚集区的实际分布情况，且目前少有通过现场观测手段和相应辨识方法得到瓦斯聚集区的三维空间展布和四维时空演化规律。

因此，探究采动覆岩裂隙和瓦斯参数的直接观测方法和空间辨识方法尤为必要，掌握采动覆岩瓦斯富集区的实际空间分布，以期为矿井卸压瓦斯治理提供可靠依据。

发明内容

本发明的目的在于弥补现有采动覆岩瓦斯分布观测和辨识方法的不足，提供了一种采动覆岩瓦斯聚集区空间辨识方法和系统，通过采集采空区覆岩结构变化信息、岩性变化信息、裂隙变化信息、钻孔轨迹变化信息、瓦斯浓度变化信息、瓦斯成分变化信息等，经过综合分析计算，反演出采动覆岩瓦斯场分布和演化规律，并可对观测成果进行直观的曲线、二维和三维可视化动态展示。

本发明采用如下技术方案来实现的：

一种采动覆岩瓦斯聚集区空间辨识方法，包括如下步骤：

步骤1：首先通过理论分析、物理模拟、数值模拟或现场观测手段，确定采动覆岩裂隙和瓦斯分布及演化规律，掌握瓦斯聚集区的大致分布区域；

步骤2：在上述预判瓦斯聚集区域布置若干钻孔，钻孔布置位置覆盖预判瓦斯聚集区，通过现场观测手段获取各钻孔不同位置覆岩结构、覆岩岩性、裂隙图像、钻孔偏移量、瓦斯浓度和瓦斯成分信息；

步骤3：通过对现场观测所得各钻孔不同位置覆岩结构、覆岩岩性、裂隙图像、钻孔偏移量、瓦斯浓度和瓦斯成分信息进行“由点到线，由线到面，由面到体”的“点-线-面-体”综合统计分析和反演计算，得到采动覆岩裂隙场和瓦斯场空间分布和演化规律；

步骤4：根据上述反演计算得到的采动覆岩裂隙场和瓦斯场空间分布和演化规律，从而判定采动覆岩瓦斯聚集区的空间展布。

本发明进一步的改进在于，步骤1中的理论分析采用目前煤炭行业内已提出的多种采动覆岩裂隙和瓦斯分布规律的分析模型和方法；物理模拟根据工作面地质和开采条件，搭建固-气耦合物理相似模型，进行采动裂隙场-瓦斯场耦合规律研究；数值模拟采用FLAC、UDEC、RFPA煤岩裂隙计算软件和FLUENT、COMSOL流体计算软件，进行采动裂隙场-瓦斯场耦合规律研究；现场观测采用微震监测或钻孔窥视方法，研究采动裂隙演化规律。

本发明进一步的改进在于，步骤2中的现场观测手段采用窥视的方法获得覆岩结构、覆岩岩性、裂隙图像信息，采用测斜仪获得钻孔偏移量信息，采用瓦斯浓度传感器获得瓦斯浓度信息，采用气相色谱仪获得瓦斯成分信息。

本发明进一步的改进在于，步骤3中的反演方法通过对获得的多参量信息进行三维空间和四维时空分布云图的绘制。

本发明进一步的改进在于，步骤4中根据步骤3获得的三维空间和四维时空分布云图，综合判定采动覆岩瓦斯聚集区的空间分布。