[发明专利]一种监测煤层覆岩裂隙演化的钻孔电阻率全空间成像方法

说明书

本发明公开了一种监测煤层覆岩裂隙演化的钻孔电阻率全空间成像方法，包括：构建n个地电模型以及全空间条件下的高阻和低阻地电模型；对n个地电模型和高阻和低阻地电模型进行模拟仿真计算，得到n个地电模型对应的视电阻率数据集和高阻和低阻地电模型对应的视电阻率数据集，作为训练集和测试集；利用训练集和测试集对BP神经网路进行训练和验证，直至BP神经网络的输出与高阻和低阻地电模型设定的电阻率间的误差满足目标误差；利用训练好的BP神经网路对开采现场采集不同采动阶段的地电响应数据进行全空间反演，得到开采现场的真实电阻率数据，确定不同采动阶段的覆岩采动裂隙发育范围。本发明能对覆岩采动裂隙带发育范围和高度进行精确测量。

技术领域

本发明涉及采矿工程和岩土工程监测技术领域，更具体的说是涉及一种监测煤层覆岩裂隙演化的钻孔电阻率全空间成像方法。

背景技术

随着煤层的开采，煤层顶板在不断变化的应力扰动下产生大量采动裂隙。覆岩采动裂隙是煤层顶板突水及瓦斯运移的通道，因此针对覆岩采动裂隙演化特征开展研究对于煤矿灾害事故防治至关重要。

钻孔电阻率法在覆岩采动裂隙演化动态监测中具备实时动态监测的优势，可以满足覆岩采动裂隙发育范围和高度实时监测的需求。然而，钻孔电阻率法原位监测采集的电场数据本质是覆岩全空间条件下围岩的综合地电响应，而基于半空间理论的电阻率反演方法和常规电阻率反演软件仅仅能够实现半空间电阻率反演与成像，无法实现全空间电阻率反演与成像的要求，这导致探测结果与实际存在较大的误差。

因此，如何提供一种能实现对覆岩导水裂隙带发育高度的精确测量的监测覆岩采动裂隙演化的全空间钻孔电阻率方法是本领域技术人员亟需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种监测煤层覆岩裂隙演化的钻孔电阻率全空间成像方法，能够对覆岩采动裂隙发育高度进行精确定位。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种监测煤层覆岩裂隙演化的钻孔电阻率全空间成像方法，包括：

针对采煤工作面回采过程中未采动阶段、采动阶段和停采阶段的地质资料和岩层电阻率资料，确定地层属性和岩层电阻率属性，并构建全空间条件下，未采动阶段、采动阶段和停采阶段的n个地电模型；

构建全空间条件下的高阻和低阻地电模型；

对n个所述地电模型进行模拟仿真计算，得到n个所述地电模型对应的视电阻率数据集，作为训练集；对所述高阻和低阻地电模型进行模拟仿真计算，得到所述高阻和低阻地电模型对应的视电阻率数据集，作为测试集；

利用所述训练集对预先构建的BP神经网路进行训练，直至满足预设训练目标的最小误差；

利用所述测试集对训练后的BP神经网路的性能进行测试，通过最小均方根误差判断测试正确率是否满足预设值，若满足，则得到最终的BP神经网路；

利用最终好的BP神经网路对开采现场采集不同采动阶段的地电响应数据进行全空间反演，得到开采现场的真实视电阻率数据；

根据开采现场的真实电阻率数据的变化规律，确定不同采动阶段的覆岩采动裂隙发育范围和最大发育高度。

进一步的，所述高阻和低阻地电模型包括：单层高阻地电模型和双层高阻和低阻地电模型；所述单层高阻高阻和低阻地电模型中包含有一层高阻地层；所述双层高阻和低阻地电模型中包含有两层地层，一层为高阻地层，其电阻率高于所述双层高低组地电模型中背景场的电阻率，另一层为低阻地层。

进一步的，所述单层高阻地电模型的构建过程为：

建立500*500*500的三维均匀全空间模型，将该三维均匀全空间模型的电阻率视为围岩背景场的电阻率，设为200Ωm；