一种房柱式采空区勘查系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及一种房柱式采空区勘查系统及方法。本发明专利技术首先对房柱式采空区形成和赋存特征进行详细调研，然后利用地面物探精细成像技术圈定房柱式采空区分布范围，为首个钻孔提供靶区，指导钻探快速揭露采空区。再通过高精度孔中窥视、孔中三维激光扫描和三维声呐扫描技术实现煤矿房柱式采空区精准勘查。本方法的优点是集成了地、孔探查技术的各自优势，通过地面物探精细成像技术指导钻探快速揭露房柱式采空区，采用高精度孔中扫描技术实现了房柱式采空区边界、开采具体参数、顶板及围岩稳定性、积水情况要素的高精度勘查；同时钻孔布设依据充分，没有无效工作量，节约了钻探工程量和钻探成本。

【技术实现步骤摘要】
一种房柱式采空区勘查系统及方法
本专利技术属于矿井隐伏灾害勘查领域，具体是涉及一种房柱式采空区精准勘查系统及方法。
技术介绍
房柱式采煤法是柱式采煤体系的一种，采煤时划分若干个煤房与煤柱(留有规则的不连续的煤柱)，回采工作在煤房中进行，开采阶段煤房和煤柱交替布置，煤柱不进行回收。煤层开采结束后留下不同形状的房柱式采空区，形成了隐蔽致灾地质因素，如“采空区、积水区、顶底板、残留煤柱、冲击压力等”等，严重影响着煤矿安全生产。要防范或治理以上致灾因素，就需要精准勘查采空区具体边界、顶板及围岩稳定性、积水情况等参数，以保证煤矿安全生产。但是，现有技术中的常规勘查方法(物探、钻探、化探等)对房柱式采空区均无法实现精准勘查，其中的物探方法探测采空区主要分为地震类方法和电磁类方法，均是基于采空区与围岩介质的物性差异。房柱式采空区通常埋深较浅，地震勘探受浅地表低速带影响，使得勘探信噪比和分辨率降低；再者房柱式采空区规模较小，结构复杂，对地震横向分辨率要求较高，常规的观测系统不能对房柱式采空区边界进行有效识别。电磁类方法在常规技术条件下很难对规模小的采空异常体进行有效识别，再者电磁法勘探均受“体积效应”影响，无法对采空区具体边界进行圈定。当前的物探方法只能做到定性解释，无法对采空区具体边界、顶板及围岩稳定性、积水情况进行精准定量。钻探因施工成本高、单孔获取的信息量有限，受孔斜等因素影响，无法对房柱式采空区具体边界等要素进行精准勘查。化探主要通过水化学分析来判别水样来源于采空区积水还是地层水，对周围是否存在采空区进行判断。>
技术实现思路
本专利技术的主要目的是解决现有技术所存在的“无法对房柱式采空区实现精准勘查”的技术问题，提出了一种房柱式采空区勘查系统及方法。该系统方法在调研基础上进行地面物探精细探查，根据地面物探精细勘探成果圈定采空区分布范围，为勘查区域首孔提供最佳靶区，指导钻探快速揭露采空区，后通过孔中高精度三维激光/声呐探测成果确定接续钻孔具体孔位，通过连续追踪、依次推进的方式查清整个区域，实现对房柱式采空区的边界、开采具体参数、顶板及围岩稳定性、积水情况要素进行精准勘查。为了达到专利技术的目的，本专利技术采用的技术方案为：一种房柱式采空区勘查方法，包括：首孔孔位确定步骤，基于历史开采数据调研结果进行地面物探精细勘探，根据地面物探精细勘探结果确定勘查区的首孔孔位；地孔电磁探测步骤，若首孔打到煤柱则采用地-孔瞬变电磁法探测采空区分布延伸情况；采空区探测步骤，若首孔揭露采空区则利用孔中窥视仪观测采空区是否积水；若采空区内部积水小于预设阈值则采用孔中高精度三维激光扫描技术进行探测，若采空区内部积水大于预设阈值小于满积水，则采用孔中高精度三维激光和三维声呐共同扫描，若采空区内部满积水，则采用孔中高精度三维声呐扫描。优选的，上述的一种房柱式采空区勘查方法，包括：所述首孔孔位确定步骤中，所述历史开采数据包括：地质、水文、钻探、开采历史、采掘概况、房柱式采空区结构和埋深信息。优选的，上述的一种房柱式采空区勘查方法，包括：地孔电磁探测步骤中，地面铺设矩形发射回线，边长一般为目的层深度的1.5倍，孔中进行磁场三分量数据采集，采集点间隔为2m，在目的层深度附近或信号变化处加密到1m。优选的，上述的一种房柱式采空区勘查方法，所述采空区探测步骤中，以1°的扫描间距、200点/秒的扫描速度进行垂直方向和水平方向360°无盲区扫描获取云数据，通过对云数据进行处理获得地下采空区边界、顶板、底板、煤柱及采空延伸情况，确定接续钻孔的位置。通过以上描述可知，本专利技术相对于现有技术具备以下优点：1、本专利技术通过地面物探精细勘查技术，为钻探首孔提供最佳靶区，解决了快速揭露规模小、结构复杂房柱式采空区的技术难题，后采用孔中高精度三维激光/声呐探测技术，实现对房柱式采空区的精准勘查。该系统及方法集成了地、孔探查技术的各自优势、扬长补短，实现了1+1大于2的效果。在地面物探精细勘查技术基础上，极大地减少现有勘查技术中钻探揭露房柱式采空区的盲目性和不确定性，提高了钻探命中率；地面物探结合孔中高精度扫描技术有效解决了常规勘探方法探测煤矿房柱式采空区精度及能力不足的问题。2、本专利技术通过孔中高精度探测方法，对房柱式采空区的边界、开采具体参数、顶板及围岩的稳定性、积水情况要素进行精准勘查。3、根据单孔的高精度采空区三维模型成果，可直观展示房柱式采空区局部结构特征和延伸趋势，沿采空区延伸方向、单孔扫描最大“视距”处在空区中轴位置布设下一钻孔，通过连续追踪布孔、依次推进的勘查技术思路，达到动态勘查、信息化探测。4、房柱式采空区在三维高精度扫描成果的“精确制导”下，钻探布孔合理、针对性强，没有无效工作量，节约了钻探工程量和钻探成本。附图说明为了对本申请进行进一步的说明，提出一部分说明书附图加以说明，本申请的示意性实例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。图1为浅埋房柱式采空区精准勘查系统及方法的探测流程示意图；图2为勘探区域地面瞬变电磁测线精细处理成果图；图3为首孔孔中窥视结果；图4为单孔三维激光扫描结果图；图5为所有钻孔三维激光扫描结果图；其中，图2中CK1-1为首钻孔位布置位置，图5中数值为距离值。将参照附图描述本专利技术的实施例。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。本领域的技术人员能够理解，尽管以下说明涉及到有关本专利技术的实施例很多技术细节，但这仅为用来说明本专利技术的原理的示例、而不意味着任何限制。本专利技术能够适用于不同于以下列举的技术细节之外场合，只要不背离本专利技术的原理和精神即可。另外，为了避免使本说明书描述限于冗繁，在本说明书中的描述中，可能对现有技术资料中获得的部分技术细节进行了省略、简化、变通等处理，这对于本领域的技术人员来说是可以理解的，并且这不会影响本说明书的公开充分性。本实施例，在调研基础上进行地面物探精细探查，根据地面物探精细处理解释成果确定勘查区域的首孔坐标；后进行打钻，孔深要确保到达目的层；若打到煤柱，则采用地-孔瞬变电磁法进一步探测采空区的分布延伸情况，若揭露采空区，则利用孔中窥视仪观测采空区是否积水及积水情况；根据窥视仪观测结果确定下一步探测方法，当采空区不积水或积水小于预设阈值(1m)，则采用孔中三维激光扫描；当采空区积水大于预设阈值小于满积水，则采用孔中激光和声呐共同扫描；当采空区满积水，则采用孔中声呐扫描；根据孔中高精度探测结果确定接续钻孔具体孔位，通过连续追踪、依次推进的方式查清整个区域。该系统集成了地、孔探查技术，以上技术紧密配合能、取长补短，实现对房柱式采空区的边界、开采具体参数、顶板及围岩稳定性、积水情况等要素进行精准勘查。本专利技术提出的房柱式采空区勘查系统及方法填补了房柱式采空区勘查领域的空白，为房柱式采空区高精度勘查工作提供了技术支持。参考图1，浅埋房柱式采空区高精度勘查系统及方法的探测流程如下；1、首先调本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种房柱式采空区勘查方法，其特征在于，包括：/n首孔孔位确定步骤，基于历史开采数据调研结果进行地面物探精细勘探，根据地面物探精细勘探结果确定勘查区的首孔孔位；/n地孔电磁探测步骤，若首孔打到煤柱则采用地-孔瞬变电磁法探测采空区分布延伸情况；/n采空区探测步骤，若首孔揭露采空区则利用孔中窥视仪观测采空区是否积水；若采空区内部积水小于预设阈值则采用孔中高精度三维激光扫描技术进行探测，若采空区内部积水大于预设阈值小于满积水，则采用孔中高精度三维激光和三维声呐共同扫描，若采空区内部满积水，则采用孔中高精度三维声呐扫描。/n

【技术特征摘要】
1.一种房柱式采空区勘查方法，其特征在于，包括：
首孔孔位确定步骤，基于历史开采数据调研结果进行地面物探精细勘探，根据地面物探精细勘探结果确定勘查区的首孔孔位；
地孔电磁探测步骤，若首孔打到煤柱则采用地-孔瞬变电磁法探测采空区分布延伸情况；
采空区探测步骤，若首孔揭露采空区则利用孔中窥视仪观测采空区是否积水；若采空区内部积水小于预设阈值则采用孔中高精度三维激光扫描技术进行探测，若采空区内部积水大于预设阈值小于满积水，则采用孔中高精度三维激光和三维声呐共同扫描，若采空区内部满积水，则采用孔中高精度三维声呐扫描。


2.根据权利要求1所述的一种房柱式采空区勘查方法，其特征在于，包括：所述首孔孔位确定...

【专利技术属性】
技术研发人员：牛建立，马炳镇，郭建磊，姚伟华，侯彦威，李学潜，
申请(专利权)人：中煤科工集团西安研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：陕西;61