[发明专利]深部煤层开采底板岩层破裂分布时空演化动态监测方法

权利要求书

1.一种深部煤层开采底板岩层破裂分布时空演化动态监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

（1）钻孔选址和制作分布式光纤传感器：

收集煤层开采工作面布设区域工程的工程地质参数及水文地质参数，之后根据工程地质参数及水文地质参数，进行钻孔选址和制作分布式光纤传感器；工程地质参数包括煤层厚度、煤层底板岩层的组合方式、煤层埋深；水文地质参数包括煤层距离底板含水层的距离、含水层的物理力学性质和钻孔揭露的含水层；

（2）获取各岩层的取芯试样：

对待监测的深部采煤工作面底板岩层进行取芯，获取各岩层的取芯试样，之后基于各岩层的取芯试样确定煤层底板岩层的各岩层岩性，并对不同层位的岩体物理力学参数进行测定以获取不同岩层的各项物理力学参数；

（3）制作各岩层的试样岩柱体：

根据步骤（2）中的各岩层岩性和各岩层的各项物理力学参数，确定钻孔对应不同岩层的钻孔填充物的材料配比，之后基于钻孔填充物的配比，制作对应不同岩层的试样岩柱体；

（4）标定各岩层对应的钻孔填充物的材料配比：

针对同一岩层，基于步骤（3）中的试样岩柱体和步骤（2）中的取芯试样检验钻孔填充物与围岩的变形一致性，以调整步骤（3）中对应不同岩层的钻孔填充物的材料配比，最终获取标定的材料配比；

（5）标定分布式光纤传感器：

针对同一岩层，基于步骤（4）中标定材料配比的试样岩柱体和步骤（1）中分布式光纤传感器，检验分布式光纤传感器与围岩变形一致性，以对步骤（1）中分布式光纤传感器进行调整，最终获取标定的分布式光纤传感器；

包括：

（51）制作光缆-砼试件：

把步骤（1）中的分布式光纤传感器固定在一PVC管件的中心位置；之后将步骤（4）中标定材料配比的钻孔填充物注入PVC管件内并养护，以获取光缆-砼试件；

（52）将光缆-砼试件的两端固定于试验架上，试验架上的千斤顶对光缆-砼试件进行逐级加载，之后通过激光测距仪采集光缆-砼试件的试件应变数据、通过BOTDR系统记录试件应变数据；

（53）基于试验加载数据求解钻孔填充物应变量数据；

（54）对比步骤（52）中的试件应变数据和步骤（53）中的填充物应变量数据，试件应变数据与钻孔填充物应变量数据之间的误差高于10%时，改进步骤（1）中的分布式光纤传感器，直至误差小于10%；

（6）铺设步骤（5）中标定的分布式光纤传感器：

（61）按要求选址造孔：

根据步骤（1）中的钻孔选址方案，在研究区工作面底板下方的瓦斯抽排巷内选择两处光纤监测的展布位置，之后在瓦斯抽排巷道的顶板上施工钻孔，钻孔的终端在垂向上与推采煤层底部保持预设距离；如果研究区煤层底板没有可以利用的瓦斯抽排巷，在工作面辅助巷道内进行光纤预埋钻孔施工，注意对分布式光纤的保护工作，及时延长分布式光纤的辅助线路，测线大于300m；

（62）制作并铺设传感器预埋件：

将步骤（5）中标定的分布式光纤传感器分别固定于矿用高压PVC管的外壁，以获取传感器预埋件；

之后将传感器预埋件由孔口推至孔底，之后密封钻孔的孔口、在钻孔的孔口预埋若干个分层注浆警示管；其中，每个分层注浆警示管均位于钻孔内；每个分层注浆警示管的进液端均位于其对应岩层的顶部，出液端位于钻孔外；

（7）分层充填步骤（61）中的钻孔：

基于高压PVC管、各分层注浆警示管和步骤（4）中标定的各岩层对应的钻孔填充物，对钻孔进行由下往上的分层填充：

其中，分层填充中，当下层的分层注浆警示管出液端满管出液时，封闭其出液端，之后注入与下一岩层对应的钻孔填充物至高压PVC管内；

分层填充包括：

（71）将步骤（4）中标定材料配比的钻孔填充物注入高压PVC管件内，该钻孔填充物与所要填充的岩层对应；钻孔填充物从高压PVC管件内部流至钻孔顶部后进行返浆液；

（72）当与最下层岩层对应的孔层注浆越层时，最下层岩层对应的分层注浆警示管出液端满管出液，封闭其出液端并停止注浆；重复步骤（71）~（72）至钻孔内与岩层对应的所有孔层填充完毕；

（8）动态监测和数据分析：

基于步骤（62）中的分布式光纤传感器和BOTDR系统对煤层采动底板应变数据进行动态监测，之后基于AV6419 ANALYER STANDARD分析软件对监测数据进行分析，以获取在采动影响下，煤层底板岩层的破坏分布规律及煤层底板岩层的最大破坏深度。