[发明专利]采煤沉陷覆岩离层空间大小计算方法及装置

说明书

本发明公开一种采煤沉陷覆岩离层空间大小计算方法及装置，涉及采煤沉陷技术领域，方法包括预测采煤工作面上覆岩层的目标隔离层区；采用钻杆进行定向钻孔作业，在目标隔离层区预留钻孔，钻孔内安装工业内窥镜；利用工业内窥镜测量孔位周围上覆下伏岩层实时坐标；利用各钻孔周围上覆及下伏岩层地形坡度，反演得到上覆下伏岩层地形方程式，推算目标隔离层区的实时边界区域坐标；根据目标隔离层区的实时边界区域坐标和上覆下伏岩层实时坐标，刻画目标隔离层区的坐标点云集；分析坐标点云集，计算采煤沉陷覆岩离层空间大小。实现在采煤沉陷开始的过程中，基于工业内窥镜测量坐标，动态计算覆岩离层空间大小。

技术领域

本发明涉及采煤沉陷技术领域，具体涉及一种采煤沉陷覆岩离层空间大小计算方法及装置。

背景技术

长期以来，由于掠夺性的煤炭开采方式所带来的毁灭性的地质灾害对人类的生存环境产生了一系列的消极影响，如采煤沉陷。而采煤沉陷的生态恢复与治理工作关系到沉陷区的经济、社会和生态环境的可持续发展。

采煤沉陷的原理为随着采煤工作的持续进行，采煤工作面上覆原岩原始应力失去平衡，覆岩结构发生破坏，导致上覆岩层的应力重新分布，直至达到新的应力分布状态，在此过程中上覆岩层因其各岩层组的厚度、岩性及其力学性质差异而产生不均匀变形直至发育离层，并传递至地表，造成地表沉陷。

相关研究中，曾利用关键层理论方法、弹性薄板模型方法、三维地质模型方法、RFPA数值模拟方法及相似材料模拟等方法计算覆岩离层空间大小，但均有其片面性，不能直接探测到离层导致其覆岩离层空间大小测算出现误差，并进一步地导致后续的离层注浆充填减沉方式无法准确确定注浆量，注浆减沉工作投资盲目，充填成本增加等问题。

而申请号为201811626340.X的发明专利申请一种室内覆岩离层量测量及注浆控制模拟系统及其方法，该方案仅设计室内模拟系统，不能考虑现场覆岩实际实时变化情形，如采煤工作面上覆岩层的变化情况(包括岩性、地层厚度等参数)。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于如何计算采煤工作面上覆岩离层空间的大小。

本发明通过以下技术手段实现解决上述技术问题的：

一方面，本发明采用一种采煤沉陷覆岩离层空间大小计算方法，所述方法包括：

预测采煤工作面上覆岩层的目标隔离层区；

采用钻杆进行定向钻孔作业，以在所述目标隔离层区预留钻孔，所述钻孔安装有工业内窥镜；

利用所述工业内窥镜测量所述钻孔周围上覆下伏岩层实时坐标；

利用各所述钻孔周围上覆及下伏岩层地形坡度，反演得到上覆下伏岩层地形方程式，并推算所述目标隔离层区的实时边界区域坐标；

根据所述目标隔离层区的实时边界区域坐标和所述上覆下伏岩层实时坐标，刻画所述目标隔离层区的坐标点云集；

分析所述坐标点云集，计算采煤沉陷覆岩离层空间大小。

通过预测采煤工作面上覆岩层的目标离层区，并在目标离层区布置较多的钻孔，以及在标隔离层区预留钻孔内安装工业内窥镜，在采煤沉陷开始的过程中，利用在目标离层位置的上覆岩层与下覆岩层中布设的工业内窥镜，动态掌握覆岩离层空间大小，本发明可准确预测其离层位置，减少相应的钻孔施工，从而减少工作量以及资金投入。

进一步地，所述预测采煤工作面上覆岩层的目标隔离层区，包括：

基于物探资料或布设钻孔，预测采煤工作面上覆岩层的目标隔离层区。

进一步地，所述方法还包括：

在各所述钻孔的地表位置处预留大地坐标观测点，所述大地坐标观测点与所述钻孔镶嵌。