本公开提供一种煤层开采覆岩三带时空演化监测方法，沿煤层推的垂向对监测区域地下进行分层持续监测获取地下层位变形数据；沿煤层推采方向对监测区域地表定期进行区域测量获取地表变形数据；通过地下层位变形数据和地表变形数据，构建煤层开采覆岩三带发育动态模型，获取煤层开采覆岩三带发育规律数据；利用煤层开采覆岩三带发育规律数据，获得井下煤层工作面推采进度与覆岩三带发育高度之间的时空关系数据，将时空关系数据作为井下安全开采的监测依据。本公开融合无人机航摄测绘、地表移动观测、导水裂隙带探测与光纤监测技术，为覆岩三带发育高度的最佳探查时机提供帮助，有利于井下安全开采。利于井下安全开采。利于井下安全开采。
【技术实现步骤摘要】
一种煤层开采覆岩三带时空演化监测方法
[0001]本专利技术属于矿井开采
，具体涉及一种煤层开采覆岩三带时空演化监测方法。
技术介绍
[0002]随着我国煤炭资源开发布局的转移，侏罗系煤层成为西北型煤田的主采煤层，而顶板水害是制约侏罗系煤层开采的重要影响因素。
[0003]顶板水害不仅严重影响矿井生产安全，同时会加剧相关区域的生态环境问题。覆岩破坏裂隙发育特征是引起顶板水害的关键因素之一，因此，采动煤层顶板上覆岩体空间动态发育的过程，对煤矿安全、高效开采、矿区环境保护具有非常重要的意义。传统技术中，仅局限于探测某一特定时间特定点位的覆岩垂向发育情况，无法揭示开采扰动下覆岩破坏的时空演变规律。
技术实现思路
[0004]有鉴于此，本公开的目的在于提出一种煤层开采覆岩三带时空演化监测方法，能够实现煤层开采全周期内的覆岩三带时空发育特征分析。
[0005]基于上述目的，本公开提供了一种煤层开采覆岩三带时空演化监测方法，包括以下步骤：
[0006](1)获取模型数据：所述模型数据包括地下层位变形数据和地表变形数据：其中，所述地下层位变形数据是沿煤层推采的垂向对监测区域地下进行分层持续监测得到的；所述地表变形数据时沿煤层的推采方向对监测区域地表定期进行区域测量得到的；
[0007](2)动态模型构建：通过所述地下层位变形数据和所述地表变形数据，构建煤层开采覆岩三带发育动态模型，根据煤层开采覆岩三带发育动态模型获取煤层开采覆岩三带发育规律数据；
[0008](3)时空关系获取：利用煤层开采覆岩三带发育规律数据，获得井下煤层工作面推采进度与覆岩三带发育高度之间的时空关系数据，将时空关系数据作为井下安全开采的监测依据。
[0009]作为煤层开采覆岩三带时空演化监测方法的优选方案，步骤a)中，通过分布式光纤监测及导水裂隙带探查孔，采集地表移动监测站和探查孔的所述地下层位变形数据，所述地下层位变形数据包括监测区域内导水裂隙带发育高度及每个预设地下层位的形变数据。
[0010]作为煤层开采覆岩三带时空演化监测方法的优选方案，分布式光纤监测过程，在监测区域的地表钻取竖向钻孔，在竖向钻孔中布置分布式感测光缆作为分布式光纤监测站；
[0011]利用分布式感测光缆中的应变数据，提取煤层开采覆岩层中的预设地下层位的位移信息。
[0012]作为煤层开采覆岩三带时空演化监测方法的优选方案，所述分布式光纤监测站还包括监测站砖体、配电箱、受力钢丝绳、钢绞线和配重导头；
[0013]所述监测站砖体布置在所述竖向钻孔的上部，所述配电箱设置在所述测站砖体测站砖体的内部；所述受力钢丝绳上端连接所述配电箱，所述受力钢丝绳上端连接所述配电箱，所述受力钢丝绳下端连接位于所述竖向钻孔内部的所述配重导头；
[0014]所述分布式感测光缆一端与所述配电箱电连接，所述分布式感测光缆的另外一端穿过所述配重导头并熔接组成回路；
[0015]所述钢绞线上端连接所述配电箱，所述钢绞线下端连接所述配重导头，所述钢绞线和所述分布式感测光缆之间通过扎带扎紧；
[0016]所述分布式感测光缆还电连接有光纤光栅无线解调仪，所述光纤光栅无线解调仪用于对所述分布式感测光缆进行传感信号解调。
[0017]作为煤层开采覆岩三带时空演化监测方法的优选方案，导水裂隙带探查过程，采用地面钻孔的方式，通过岩心鉴定、钻井冲洗液消耗量或三维钻孔电视，探查导水裂隙带发育高度。
[0018]作为煤层开采覆岩三带时空演化监测方法的优选方案，步骤b)中，通过无人机航摄测绘和地表移动监测站，定期采集监测区域的所述地表变形数据，所述地表变形数据包括地表沉降量、沉降范围和地裂缝发育情况；
[0019]根据若干预设时期监测的所述地表变形数据，对比得出煤层开采全周期的覆岩三带动态区域变化过程。
[0020]作为煤层开采覆岩三带时空演化监测方法的优选方案，无人机航摄测绘过程，在监测区域内，布置测量地面像控点、设计无人机航摄作业、无人机采集航测信息、后期处理航测影像和校正航测误差，计算监测区域的地表沉降量、沉降范围和地裂缝发育情况。
[0021]作为煤层开采覆岩三带时空演化监测方法的优选方案，地表移动监测过程，在监测区域布设控制点、观测点，采用卫星定位技术进行测量，将卫星接收机记录的数据传输到电脑进行处理，由观测数据绘制出监测区域内观测线的下沉曲线图获得预设精准度的所述地表形变数据；
[0022]结合无人机航摄测绘的监测结果，进行监测区域的平面沉陷范围及沉陷速率的监测。
[0023]作为煤层开采覆岩三带时空演化监测方法的优选方案，步骤(2)，动态模型构建过程，利用从监测区域获取的所述地表变形数据和所述地下层位变形数据，将无人机航摄测量获取的地表沉陷图作为“面”数据；
[0024]将地表移动监测站获取的监测区域高程变化曲线作为“线”数据；
[0025]将分布式光纤监测站获取的监测区域内煤层开采覆岩层中的预设地下层位的变化曲线，及水裂隙带探查孔获取的监测区域内导水裂隙带发育高度作为“点”数据。
[0026]作为煤层开采覆岩三带时空演化监测方法的优选方案，通过分析“点”数据、“线”数据和“面”数据之间的时空变化规律，构造所述煤层开采覆岩三带发育动态模型；
[0027]利用所述煤层开采覆岩三带发育动态模型，查明井下煤层工作面推采进度与煤层开采覆岩三带发育的时空演化规律。
[0028]从上面所述可以看出，本公开提供的煤层开采覆岩三带时空演化监测方法，沿煤
层推采的垂向，对监测区域地下进行分层持续监测获取所述地下层位变形数据；沿煤层的推采方向，对监测区域地表定期进行区域测量获取所述地表变形数据；通过所述地下层位变形数据和所述地表变形数据，构建煤层开采覆岩三带发育动态模型，根据煤层开采覆岩三带发育动态模型获取煤层开采覆岩三带发育规律数据；利用煤层开采覆岩三带发育规律数据，获得井下煤层工作面推采进度与覆岩三带发育高度之间的时空关系数据，将时空关系数据作为井下安全开采的监测依据。本公开融合了无人机航摄测绘、地表移动观测、导水裂隙带探测与光纤监测技术，利用无人机航摄测绘克服大范围监测密度较高时，工程造价高，实施复杂的技术缺陷，结合地表移动观测，可以完成精度更高的区域平面沉陷范围及沉陷速率的监测；同时利用导水裂隙带探测以及分布式光纤监测技术克服了无人机航摄测绘技术监测深度有限的技术缺陷，形成了点线面结合的三维覆岩三带发育监测，不仅解决传统单一监测方法的局限问题，更探明了煤层开采覆岩三带发育的时空演化规律，为覆岩三带发育高度的最佳探查时机提供帮助，有利于井下安全开采。
附图说明
[0029]为了更清楚地说明本公开或相关技术中的技术方案，下面将对实施例或相关技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本公开的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0030]本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种煤层开采覆岩三带时空演化监测方法，其特征在于，包括以下步骤：获取模型数据，所述模型数据包括地下层位变形数据和地表变形数据：其中，所述地下层位变形数据是沿煤层推采的垂向对监测区域地下进行分层持续监测得到的；所述地表变形数据时沿煤层的推采方向对监测区域地表定期进行区域测量得到的；通过所述地下层位变形数据和所述地表变形数据，构建煤层开采覆岩三带发育动态模型，根据煤层开采覆岩三带发育动态模型获取煤层开采覆岩三带发育规律数据；利用煤层开采覆岩三带发育规律数据，获得井下煤层工作面推采进度与覆岩三带发育高度之间的时空关系数据，将时空关系数据作为井下安全开采的监测依据。2.根据权利要求1所述的煤层开采覆岩三带时空演化监测方法，其特征在于，通过分布式光纤监测及导水裂隙带探查孔，采集地表移动监测站和探查孔的所述地下层位变形数据，所述地下层位变形数据包括监测区域内导水裂隙带发育高度及每个预设地下层位的形变数据。3.根据权利要求2所述的煤层开采覆岩三带时空演化监测方法，其特征在于，分布式光纤监测过程，在监测区域的地表钻取竖向钻孔，在竖向钻孔中布置分布式感测光缆作为分布式光纤监测站；利用分布式感测光缆中的应变数据，提取煤层开采覆岩层中的预设地下层位的位移信息。4.根据权利要求3所述的煤层开采覆岩三带时空演化监测方法，其特征在于，所述分布式光纤监测站还包括监测站砖体、配电箱、受力钢丝绳、钢绞线和配重导头；所述监测站砖体布置在所述竖向钻孔的上部，所述配电箱设置在所述测站砖体测站砖体的内部；所述受力钢丝绳上端连接所述配电箱，所述受力钢丝绳上端连接所述配电箱，所述受力钢丝绳下端连接位于所述竖向钻孔内部的所述配重导头；所述分布式感测光缆一端与所述配电箱电连接，所述分布式感测光缆的另外一端穿过所述配重导头并熔接组成回路；所述钢绞线上端连接所述配电箱，所述钢绞线下端连接所述配重导头，所述钢绞线和所述分布式感测光缆之间通过扎带扎紧；所述分布式感测光缆还电连接有光纤光栅无线解调仪，所述光纤光栅无线解调仪用于对所述分布式感测光缆进行传感信号解调。5.根据...
【专利技术属性】
技术研发人员：曾一凡，孟世豪，于超，华照来，武强，苗彦平，杨帆，吕杨，张池，王瑞丰，杨鹏飞，杜鑫，翟研亮，
申请(专利权)人：陕西陕煤曹家滩矿业有限公司陕煤集团神木张家峁矿业有限公司陕西华电榆横煤电有限责任公司陕煤集团神木红柳林矿业有限公司河北省地质矿产勘查开发局第四地质大队，
类型：发明
国别省市：
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