[发明专利]一种矿井工作面顶底板采动破坏裂隙发育动态监测方法

摘要

本发明属于矿井工作面顶底板采动裂隙探测技术领域，涉及一种矿井工作面顶底板采动破坏裂隙发育动态监测方法,先对矿井工作面采动围岩数值模拟，根据数值模拟计算结果和工作面顶底板塑性区域分布情况，在工作面巷道中施工钻窝并布置三组裂隙发育动态探测孔；再利用施工的围岩裂隙动态监测探测孔，对探测孔内电极、巷道电极和测线进行布置，通过数据采集传输线对工作面进行数据采集；然后建立地球物理模型建立并进行数据正反演；最后对矿井工作面顶底板采动破坏裂隙进行分析；其监测工艺简单，操作方便，施工安全，设计严谨，结构合理，井下施工方便，数据采集效率高。

主权项

一种矿井工作面顶底板采动破坏裂隙发育动态监测方法，其特征在于包括矿井工作面采动围岩数值模拟、矿井工作面顶底板采动裂隙动态监测钻孔设计及施工、监测钻孔电性数据动态采集、地球物理模型建立及数据正反演和矿井工作面顶底板采动破坏裂隙分析五个步骤，其具体监测过程为：(1)、矿井工作面采动围岩数值模拟：根据矿井已有的钻孔资料，采集相邻工作面顶底板岩层岩样，并对岩样进行三轴岩石力学试验，获取岩石力学参数，将获取的岩石力学参数用于工作面顶底板围岩破坏数值模拟计算中；根据矿井工作面的实际地质和水文地质情况进行数值模拟，并对工作面顶底板岩层受采动影响而发育的弹塑性区域进行分析；(2)、矿井工作面顶底板采动裂隙动态监测钻孔设计及施工：根据步骤(1)得到的数值模拟计算结果，再根据工作面顶底板塑性区域分布情况，在工作面巷道中施工钻窝并布置三组裂隙发育动态探测孔，每组裂隙发育动态监测孔由四个探测孔组成，其中顶板探测孔为两个，一个顶板探测孔的倾斜角度大于另一个顶板探测孔的倾斜角度；底板探测孔同样为两个，一个底板探测孔的倾斜角度大于另一个底板探测孔的倾斜角度；，钻孔斜长及角度以数值模拟为依据；(3)、探测孔电性数据动态采集：利用施工的围岩裂隙动态监测探测孔，对探测孔内电极、巷道电极和测线进行布置，每个探测孔内均布置一条测线，监控孔内设有数据采集传输线和电极；巷道内连续布置三条测线；测线布置完成后，通过数据采集传输线对工作面进行数据采集，工作面每推进10m均对测线进行电性数据采集；(4)、地球物理模型建立及数据正反演：根据步骤(3)采集到的探测孔电性数据，并结合工作面顶底板岩层的地质、水文地质和地球物理性质，建立倾斜层状地球物理模型，用以增大对工作面顶底板采动裂隙响应灵敏度，提高裂隙分辨能力；并利用建立的倾斜层状地球物理模型构建基于现有ansys软件的正演模拟程序和基于高斯—拟牛顿方法的反演程序；(5)、矿井工作面顶底板采动破坏裂隙分析：结合影响工作面顶底板采动裂隙发育因素，根据动态监测结果，对工作面顶底板裂隙发育规律、形态、顶板冒裂带发育高度、底板采动裂隙发育深度进行分析，同时，利用上三带理论和下四带理论，分析顶底板含水层的富水性、相对隔水层厚度、采动裂隙发育等之间的相互关系，对顶底板水害发生类型、威胁程度和涌水量进行评价，保证工作面安全回采。