[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

说明书

本发明提出了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，该方法首先根据煤层开采工作面布设区域工程地质及水文地质条件，设计采动煤层底板岩层破裂动态监测的BOTDR系统及测试选址，制作和安装金属索基分布式单模感测光缆；其次，要对金属索基分布式单模感测光缆、钻孔填充物、相应围岩进行变形一致性标定，并采用BOTDR系统和AV6419 ANALYER STANDARD分析软件分别对煤层采动底板应变数据进行动态监测和数据分析；最后根据煤层开采底板岩层破裂的判别依据，揭示采动底板岩层破坏分布的时空演化特征及采动底板的最大破坏深度。本发明能够有效地动态监测采动煤层底板岩层破裂的时空演化特征，为深部开采煤层底板承压水害防治提供了依据。

技术领域

本发明属于煤炭开采领域，具体涉及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。

背景技术

现阶段我国中、东部矿区浅层资源枯竭，已全面进入深部开采模式。深部开采伴随着高水压、高温度、高地压及深部开采强烈扰动条件下，使深部煤层开采面临着巨大安全的挑战；特别是高承压水害事故频发，严重威胁着深部煤层的安全开采。深部煤层底板承压水的防治必要条件是科学有效查明深部采动煤层底板岩层破坏裂隙的时空分布特征，从而进行科学有效的承压水害防治。因此对深部煤层开采底板岩层破裂分布的时空演化特征的研究十分必要。

现有技术中，针对深部煤层开采底板岩层破裂时空演化特征的研究，提出了基于解析解、相识材料模拟、数值模拟等多种方法。然而，研究表明煤层底板岩层采动破断过程为“压-拉-压”的应变破断过程，且煤层底板岩层应变量级尺度较小，因此，上述研究方法无法实现动态测量。

发明内容

本发明的目的在于提供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，可实现深部煤层开采底板岩层破裂分布的动态监测，为深部煤层开采底板承压水害防治提供基础参数。为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

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，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；

（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；

（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；