[发明专利]一种应力与渗流作用下煤岩体突水危险区域电位判识方法

说明书

本发明公开了一种应力与渗流作用下煤岩体突水危险区域电位判识方法，适用于现场煤岩层突水灾害的监测预警。对预制导水通道与诱导空穴的试样施加轴向应力与水介质渗流作用，模拟煤岩体突水灾害孕育发展过程；同时在试样表面布置多个电位测点，测试试样变形破裂过程的电位信号与渗流参数；然后进行电位反演成像，基于隶属度指标定义电位反演值的危险临界值，对试样内部突水危险区域进行判识。本发明的电位反演结果精度高，测试过程近似“无损”，能够为监测预警现场煤岩层突水灾害提供新的技术手段。

技术领域

本发明涉及一种煤岩体突水危险区域的判识方法，尤其适用于渗流灾害预警使用的一种应力与渗流作用下煤岩体突水危险区域电位判识方法。

背景技术

突水灾害严重地威胁着井下煤炭资源的安全开采，一旦发生则会造成重大的人身伤亡和财产损失。随着我国煤炭资源逐渐进入深部开采阶段，高地应力、高渗透压及强烈开采扰动特征突出，突水灾害的威胁更加严峻。对突水灾害危险区域的精细判识是突水事故监测预警的基础和前提。

常规突水预警方法主要是通过监测地应力、渗透压力、涌水量等静态数据研究突水前兆信息与危险区域，但受限于采样点数量及复杂地质条件构造，具有一定的抽检性质，所包含的信息量有限，监测范围不够精细，存在一定的漏报、误报情况。

煤岩体突水灾害的孕育发展过程，本质上是地应力与地下水渗流共同作用下煤岩体损伤破坏不断加剧、内部裂隙场不断扩展的过程。研究表明，煤岩体变形破裂过程能够产生电位信号的响应，而水在煤岩体裂隙萌生与扩展区域内流动能够在裂隙介质表面产生流动电位。因此煤岩体局部损伤剧烈区域，内部裂隙扩展丰富，渗透压大，突水危险程度较高，可视为异常电荷源。通过在试样表面测试电位信号并进行电位反演成像，能够揭示煤岩体内部电位空间分布的异常特征，识别异常电荷源，从而划分并判识突水危险区域。

发明内容

针对现有技术的不足之处，提供一种应力与渗流作用下煤岩体突水危险区域的电位判识方法，其通过实验模拟采煤现场应力与渗流作用下煤岩体变形破裂过程，测试电位信号与渗流参数，利用电位反演成像结果精细判识煤体内部突水危险区域，能够快速有效的对煤岩体突水危险区域进行判识。

为了实现上述技术目的，本发明的一种应力与渗流作用下煤岩体突水危险区域电位判识方法，具体步骤如下：

a制备柱状结构的煤岩试样，煤岩试样中心设有扁平状椭球形空间的诱导空穴，煤岩试样内轴向设有贯通的导水通道，导水通道与诱导空穴联通；

b在煤岩试样的导水通道顶底部分别通过柔性密封体连接两根管路作为渗流通道，导水通道顶部通过渗流通道与渗流控制主机的输出端连接，导水通道底部通过渗流通道与渗流控制主机的输入端连接；

c在煤岩试样的顶底两端分别通过密封箍固定密封帽，之后将煤岩试样放入压机头与加载底座之间，其中煤岩试样与压机头、加载底座之间分别设有加载垫块；

d在煤岩试样的侧壁对称设置两列贴片式的电位测试电极，同一侧的电位测试电极处于同一垂线上等间距排列布置，两侧电位测试电极成对设置，所有电位测试电极的尾端通过导线分别与多通道电位测试仪连接；

e渗流控制主机通过导水通道向煤岩试样内部注入高压水，在煤岩试样内形成渗流环境；在计算机中模拟煤岩试样被两列电位测试电极切割构成的垂直剖面，并将该垂直剖面作为电位反演区域显示，之后在电位反演区域进行网格化处理，从而在电位反演区域中形成多个用于定位的网格点，所有的网格点构成电位反演云图；

f启动压机头从而向下挤压内部形成渗流环境的煤岩试样，同时多通道电位测试仪利用电位测试电极实时采集煤岩试样的电位数据，通过电位反演计得到电位反演云图所有网格点的电位反演数值，利用计算机根据时间轴存储不同时刻下电位反演云图所有网格点的电位反演数值，直至压机头将煤岩试样压裂后停止；