【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及地层测试，具体涉及一种浅埋煤矿覆岩三带划分可视化测试方法及系统。
技术介绍
1、在浅埋煤层开采过程中，煤的回采会使得上层覆岩发生破坏与移动，并在采空区上方产生三带“冒落带、裂隙带和弯曲变形带”，特别是浅埋煤层在开采过程中由于地层的沉降容易引发漏水、漏沙的现象，最终导致地面的不均匀沉降，进而影响人们的生产生活。因此监测其覆岩变形变化及三带分布情况就显得十分重要，而目前较为传统的监测方法往往是沿着顺槽向上打孔进行监测，此种方法虽然可以较为直观的监测煤岩回采对覆岩的影响，但由于开采工作面的深度较大，这种监测方法不能获得完整的三带分布信息，并且监测孔极易受到煤岩开采的影响，另一种方法是通过传感器收集和采集由岩体破坏或者岩石破裂所发射出的地震波信号来判断岩层三带的分布情况，即微震测法，但由于采用微震技术外部信号干扰较大，并且监测数据不准确，从而无法准确得监测得到覆岩三带的变化规律，因此可视化实施监测方法对于煤矿而言就显得十分重要。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于：针对上述存在的问题，本专利技术提供一种浅埋煤矿覆岩三带划分可视化测试方法及系统，具有操作简单、能够完整、连续的监测覆岩三带的变形变化规律，能够完整、高效、准确地发现浅埋煤矿施工所带来的危险隐患，从而确保煤矿的安全施工。
2、本专利技术采用的技术方案如下：
3、一种浅埋煤矿覆岩三带划分可视化测试方法，包括如下步骤，初探打孔步骤：进行初探打孔，即自地表从上往下钻孔，形成用以对水文地质进行分析
4、分层钻设水平监测管孔步骤：开挖顺槽，根据初探结果计算预设的冒落带、裂隙带、弯曲变形带的分布范围，对应设于顺槽一侧的垂直分析管孔为安装管孔，通过安装管孔钻设水平监测管孔；所述水平监测管孔包括沿弯曲变形带高度方向间隔布置的若干弯曲变形带监测管孔、沿裂隙带高度方向间隔布置的若干裂隙带监测管孔、以及沿冒落带高度方向间隔布置的若干冒落带监测管孔；所述水平监测管孔均连通于安装管孔；沿顺槽的掘进方向的侧壁间隔钻设预设监测孔，所述预设监测孔可连通顺槽和安装管孔；
5、监测管安装步骤：将对应于顺槽宽度方向中部区域的垂直分析管孔设置为地层变形监测管孔，在地层变形监测管孔内安设地层变形监测管；自预设监测孔送入三带监测管，所述三带监测管可通过预设监测孔和安装管孔，最终进入水平监测管孔；
6、监测步骤：通过安装好的三带监测管对开采前的地层情况进行监测，通过安装好的地层变形监测管对顺槽处地形的变化进行监测；得到开采前的地层情况立体三维数字图像；
7、持续监测步骤：进行煤矿工作面回采，形成三层覆岩地层带，三层覆岩地层带自上而下依次为：弯曲变形带、裂隙带和冒落带，通过三带监测管和地层变形监测管持续对地层情况进行监测，得到开采后的地层情况立体三维数字图像，将开采后的地层情况立体三维数字图像与开采前的地层情况立体三维数字图像进行对照分析，若依照对照分析的结果覆岩三带变形满足要求，则持续监测至施工结束，若依照对照分析的结果覆岩三带变形不满足要求，则暂停施工排查问题。
8、进一步地，多个所述垂直分析管孔纵横间隔布置形成分析管孔组，所述分析管孔组的横向与顺槽掘进方向平行、纵向与顺槽掘进方向垂直；所述顺槽包括沿纵向分设于分析管孔组两侧的左顺槽和右顺槽，在分析管孔组中，至少包括靠近左顺槽的左侧安装管孔组，以及靠近右顺槽的右侧安装管孔组，所述左顺槽与左侧安装管孔组中的安装管孔之间钻设有左侧预设监测孔，所述右顺槽与右侧安装管孔组中的安装管孔之间钻设有右侧预设监测孔，所述水平监测管孔的两端分别连通对应的左侧安装管孔组中的安装管孔和右侧安装管孔组中的安装管孔。
9、进一步地，在分层钻设水平监测管孔步骤中，已知煤层预开采厚度m，根据煤层的预开采厚度m分别计算预设的冒落带最大高度hw和裂隙带最大高度hm，冒落带最大高度hw和裂隙带最大高度hm之间即为裂隙带的高度范围，裂隙带最大高度hm与煤层预开采厚度m之间即为弯曲变形带的高度范围，顺槽开挖的底面与冒落带最大高度hw之间为冒落带的高度范围。
10、进一步地，在监测管安装步骤中，自安装管孔内伸入定位元件，所述定位元件的底端位于安装管孔和目标水平监测管孔交界处的上方；所述三带监测管为柔性材质，将三带监测管自预设监测孔的一端送入，三带监测管逐渐推入，在预设监测孔的另一端向上弯转进入安装管孔，并在定位元件的作用下进入目标水平监测管孔。
11、进一步地，所述三带监测管的伸入端通过透明软管连接有球形导向头。
12、进一步地，在分层钻设水平监测管孔步骤中，采用可实现方位角-90°至+90°调节的窄体定向探放水钻机、以及可指导体定向探放水钻机钻进的电磁波随钻测量系统钻设水平监测管孔，所述电磁波随钻测量系统可实时显示钻孔轨迹。
13、一种浅埋煤矿覆岩三带划分可视化测试系统，包括垂直分析管孔、顺槽、预设监测孔、水平监测管孔、三带监测管、地层变形监测管和监测分析装置；多个所述垂直分析管孔纵横间隔布置形成分析管孔组，所述分析管孔组的横向与顺槽掘进方向平行、纵向与顺槽掘进方向垂直；对应于顺槽宽度方向中部区域的垂直分析管孔为地层变形监测管孔，若干个所述地层变形监测管孔沿顺槽掘进方向间隔布置，所述地层变形监测管孔内设有地层变形监测管；对应设于顺槽一侧的垂直分析管孔为安装管孔；所述顺槽与安装管孔对应的侧壁上布置有预设监测孔，所述预设监测孔可连通顺槽与安装管孔；所述水平监测管孔至少有一端连通于安装管孔，所述水平监测管孔包括若干与冒落带高度对应的冒落带监测管孔、若干与裂隙带高度对应的裂隙带监测管孔、以及若干与弯曲变形带对应的弯曲变形带监测管孔；所述三带监测管可穿过预设监测孔、安装管孔进入对应的水平监测管孔；所述地层变形监测管和水平监测管孔信号连接于监测分析装置。
14、进一步地，所述顺槽包括相对平行设置的左顺槽和右顺槽，多个所述安装管孔沿顺槽掘进方向形成有平行于顺槽掘进方向的安装管孔组，所述安装管孔组至少包括靠近左顺槽的左侧安装管孔组，以及靠近右顺槽的右侧安装管孔组，所述左顺槽与左侧安装管孔组中的安装管孔之间钻设有左侧预设监测孔，所述右顺槽与右侧安装管孔组中的安装管孔之间钻设有右侧预设监测孔，所述水平监测管孔的两端分别连通对应的左侧垂直安装管孔组中的安装管孔和右侧安装管孔组中的安装管孔。
15、进一步地，多个冒落带监测管孔自顺槽顶面所在的高度至预设的冒落带最大高度hw之间隔布置，多个裂隙带监测管孔沿预设的裂隙带高度方向间隔布置，多个弯曲变形带监测管孔沿预设的弯曲变形带高度方向间隔布置。
16、进一步地，所述三带监测管的伸入端通过透明软管连接有球形导向头。
17、综上所述，由于采用了上述技术方案，本专利技术的有益效果是：
18、1、本专利技术利用了初探打孔所形成的垂直分析管孔，实现了一孔多用，且有效的指导了黄土地区煤矿安全施工与长期健康运营，相比于现有技术中通过人工单点钻孔进行监测方式，操作更为简便。<本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种浅埋煤矿覆岩三带划分可视化测试方法，其特征在于，包括如下步骤，
2.如权利要求1所述的浅埋煤矿覆岩三带划分可视化测试方法，其特征在于，多个所述垂直分析管孔纵横间隔布置形成分析管孔组，所述分析管孔组的横向与顺槽掘进方向平行、纵向与顺槽掘进方向垂直；所述顺槽包括沿纵向分设于分析管孔组两侧的左顺槽和右顺槽，在分析管孔组中，至少包括靠近左顺槽的左侧安装管孔组，以及靠近右顺槽的右侧安装管孔组，所述左顺槽与左侧安装管孔组中的安装管孔之间钻设有左侧预设监测孔，所述右顺槽与右侧安装管孔组中的安装管孔之间钻设有右侧预设监测孔，所述水平监测管孔的两端分别连通对应的左侧安装管孔组中的安装管孔和右侧安装管孔组中的安装管孔。
3.如权利要求1所述的浅埋煤矿覆岩三带划分可视化测试方法，其特征在于，在分层钻设水平监测管孔步骤中，已知煤层预开采厚度M，根据煤层的预开采厚度M分别计算预设的冒落带最大高度HW和裂隙带最大高度HM，冒落带最大高度HW和裂隙带最大高度HM之间即为裂隙带的高度范围，裂隙带最大高度HM与煤层预开采厚度M之间即为弯曲变形带的高度范围，顺槽开挖的底面与冒落带最大
4.如权利要求1所述的浅埋煤矿覆岩三带划分可视化测试方法，其特征在于，在监测管安装步骤中，自安装管孔内伸入定位元件，所述定位元件的底端位于安装管孔和目标水平监测管孔交界处的上方；所述三带监测管为柔性材质，将三带监测管自预设监测孔的一端送入，三带监测管逐渐推入，在预设监测孔的另一端向上弯转进入安装管孔，并在定位元件的作用下进入目标水平监测管孔。
5.如权利要求1所述的浅埋煤矿覆岩三带划分可视化测试方法，其特征在于，所述三带监测管的伸入端通过透明软管连接有球形导向头。
6.如权利要求1所述的浅埋煤矿覆岩三带划分可视化测试方法，其特征在于，在分层钻设水平监测管孔步骤中，采用可实现方位角-90°至+90°调节的窄体定向探放水钻机、以及可指导体定向探放水钻机钻进的电磁波随钻测量系统钻设水平监测管孔，所述电磁波随钻测量系统可实时显示钻孔轨迹。
7.一种浅埋煤矿覆岩三带划分可视化测试系统，其特征在于，包括垂直分析管孔、顺槽、预设监测孔、水平监测管孔、三带监测管、地层变形监测管和监测分析装置；多个所述垂直分析管孔纵横间隔布置形成分析管孔组，所述分析管孔组的横向与顺槽掘进方向平行、纵向与顺槽掘进方向垂直；对应于顺槽宽度方向中部区域的垂直分析管孔为地层变形监测管孔，若干个所述地层变形监测管孔沿顺槽掘进方向间隔布置，所述地层变形监测管孔内设有地层变形监测管；对应设于顺槽一侧的垂直分析管孔为安装管孔；所述顺槽与安装管孔对应的侧壁上布置有预设监测孔，所述预设监测孔可连通顺槽与安装管孔；所述水平监测管孔至少有一端连通于安装管孔，所述水平监测管孔包括若干与冒落带高度对应的冒落带监测管孔、若干与裂隙带高度对应的裂隙带监测管孔、以及若干与弯曲变形带对应的弯曲变形带监测管孔；所述三带监测管可穿过预设监测孔、安装管孔进入对应的水平监测管孔；所述地层变形监测管和水平监测管孔信号连接于监测分析装置。
8.如权利要求7所述的浅埋煤矿覆岩三带划分可视化测试系统，其特征在于，所述顺槽包括相对平行设置的左顺槽和右顺槽，多个所述安装管孔沿顺槽掘进方向形成有平行于顺槽掘进方向的安装管孔组，所述安装管孔组至少包括靠近左顺槽的左侧安装管孔组，以及靠近右顺槽的右侧安装管孔组，所述左顺槽与左侧安装管孔组中的安装管孔之间钻设有左侧预设监测孔，所述右顺槽与右侧安装管孔组中的安装管孔之间钻设有右侧预设监测孔，所述水平监测管孔的两端分别连通对应的左侧垂直安装管孔组中的安装管孔和右侧安装管孔组中的安装管孔。
9.如权利要求7所述的浅埋煤矿覆岩三带划分可视化测试系统，其特征在于，多个冒落带监测管孔自顺槽顶面所在的高度至预设的冒落带最大高度HW之间隔布置，多个裂隙带监测管孔沿预设的裂隙带高度方向间隔布置，多个弯曲变形带监测管孔沿预设的弯曲变形带高度方向间隔布置。
10.如权利要求7所述的浅埋煤矿覆岩三带划分可视化测试系统，其特征在于，所述三带监测管的伸入端通过透明软管连接有球形导向头。
...【技术特征摘要】
1.一种浅埋煤矿覆岩三带划分可视化测试方法，其特征在于，包括如下步骤，
2.如权利要求1所述的浅埋煤矿覆岩三带划分可视化测试方法，其特征在于，多个所述垂直分析管孔纵横间隔布置形成分析管孔组，所述分析管孔组的横向与顺槽掘进方向平行、纵向与顺槽掘进方向垂直；所述顺槽包括沿纵向分设于分析管孔组两侧的左顺槽和右顺槽，在分析管孔组中，至少包括靠近左顺槽的左侧安装管孔组，以及靠近右顺槽的右侧安装管孔组，所述左顺槽与左侧安装管孔组中的安装管孔之间钻设有左侧预设监测孔，所述右顺槽与右侧安装管孔组中的安装管孔之间钻设有右侧预设监测孔，所述水平监测管孔的两端分别连通对应的左侧安装管孔组中的安装管孔和右侧安装管孔组中的安装管孔。
3.如权利要求1所述的浅埋煤矿覆岩三带划分可视化测试方法，其特征在于，在分层钻设水平监测管孔步骤中，已知煤层预开采厚度m，根据煤层的预开采厚度m分别计算预设的冒落带最大高度hw和裂隙带最大高度hm，冒落带最大高度hw和裂隙带最大高度hm之间即为裂隙带的高度范围，裂隙带最大高度hm与煤层预开采厚度m之间即为弯曲变形带的高度范围，顺槽开挖的底面与冒落带最大高度hw之间为冒落带的高度范围。
4.如权利要求1所述的浅埋煤矿覆岩三带划分可视化测试方法，其特征在于，在监测管安装步骤中，自安装管孔内伸入定位元件，所述定位元件的底端位于安装管孔和目标水平监测管孔交界处的上方；所述三带监测管为柔性材质，将三带监测管自预设监测孔的一端送入，三带监测管逐渐推入，在预设监测孔的另一端向上弯转进入安装管孔，并在定位元件的作用下进入目标水平监测管孔。
5.如权利要求1所述的浅埋煤矿覆岩三带划分可视化测试方法，其特征在于，所述三带监测管的伸入端通过透明软管连接有球形导向头。
6.如权利要求1所述的浅埋煤矿覆岩三带划分可视化测试方法，其特征在于，在分层钻设水平监测管孔步骤中，采用可实现方位角-90°至+90°调节的窄体定向探放水钻机、以及可指导体定向探放水钻机钻进的电磁波随钻测量系统钻设水平监测管孔，所述电磁波随钻测量系统...
【专利技术属性】
技术研发人员：胡俭，任建喜，党文佳，屈耀龙，田亮，张琨，毛小娃，张益晨，冯上鑫，
申请(专利权)人：陕煤集团神木张家峁矿业有限公司，
类型：发明
国别省市：
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