[发明专利]一种采空区连通性探测系统及探测方法

说明书

本发明提供了一种采空区连通性探测系统及探测方法。所述探测系统包括注气部，配置为通过采空区中的第一钻孔向所述采空区中注入示踪气体，所述注气部包括：储氨装置，所述储氨装置用于储存作为示踪气体的氨气；和采气部，配置为通过采空区中的第二钻孔采集所述采空区中气体并检测是否存在所述示踪气体，所述采气部包括：氨气检测装置，所述氨气检测装置用于检测采集的气体中是否存在氨气。本发明的采空区连通性探测系统，通过氨气探测采空区的连通性，由于氨气的密度与采空区内瓦斯气体的密度接近，能够在氨气排出的同时尽可能少地排出瓦斯气体，避免瓦斯气体发生爆炸、燃烧等危险事故。

技术领域

本发明涉及采空区连通性探测技术领域，尤其涉及探测采空区连通性的系统及方法。

背景技术

采空区是在地表下挖掘矿物资源而产生的“空洞”，由于开采残留大量未及时处理的采场、硐室和巷道等，使采空区具有隐伏性强、空间分布特征规律性差、采空区顶板冒落塌陷情况难以预测等特点，对将要穿过或经过采空区新建工程的安全存在极大的危害性。对此，铁路、公路等重大线路工程通过采矿区时常采取避绕方案，对于避绕条件差、代价大的采矿区，则需在查清线路两侧范围采空区的分布特征后进行加固处理，因此，准确获得线路影响范围内采空区空间规律及分布范围是避绕或加固的前提。但是，如何合理确定线路影响范围内采空区分布范围及空间规律一直是困扰工程人员的关键技术难题，尤其是古老采矿区及私采矿区常无资料可查，无法通过收集采矿实测资料直接获得采空区分布的空间规律，需要采取恰当有效的勘察方法才能获得设计所需的详细地质资料。

目前国内外对于采空区﹑洞穴等主要是采用地质雷达法进行探测。当被探物体数量少﹑范围小﹑构造差异性大时，采用地质雷达法探测能得到较好的效果，但当用于介质差异性较小﹑水位较低﹑分布广泛的无规则采空区(洞穴)探测时，因无规则采空区(洞穴)埋藏深度、洞径关系及与周边地层介质物性参数差异较小，导致探测到无规则采空区(洞穴)位置判断不准确，采用地质雷达方法进行探测时受此条件影响探测效果会受到很大的限制。

通过钻孔可直接揭示采空区在某位置处的分布特征，一般小型采空区钻孔采用等间距满堂布置，随着采空区深度及范围变大，钻孔深度及数量也随之增大，导致钻孔工作量大，满堂布置钻孔废孔量大，有效孔数率低。如果能够有效地探查采空区的连通性，在一定范围内可以有效地减少钻孔布置，提高勘察效率。《SF₆示踪气体技术测定煤层钻孔抽采影响半径技术研究》(能源技术与管理，2018年第43卷第6期，殷泽宇)公开了采用SF₆作为示踪气体探测采空区的连通性，具体地，向钻孔内注入SF₆气体后，然后测定钻孔内SF₆浓度随时间的变化情况，并由此判断采空区的连通性和钻孔的抽采半径。

但是，SF₆气体密度(20℃，0.1MPa，密度为6.00kg/m³)远大于空气密度(20℃，0.1MPa，密度为1.21kg/m³)，而采空区内的瓦斯气体(20℃，0.1MPa，密度为0.66kg/m³)密度小于空气密度，在SF6气体排出的同时也排出了大量的瓦斯气体，容易产生爆炸等危险情况。SF6的检测通常使用带电子捕获器的气相色谱仪，检测设备成本较高。而且SF6气体需要储存于高压气瓶中，使用上不够方便，成本也较高。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于解决上述技术问题中的至少一个。为此，本发明提供更经济有效且更安全的用于探测采空区连通性的系统及方法。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：