[发明专利]一种采空区上方水库突水事故的探测及评估方法

说明书

本发明公开了一种采空区上方水库突水事故的探测及评估方法，先确定不同钻进路径的角度，并且每个钻进路径内均获取不同深度的岩心，然后对获取的岩心分别通过低场核磁共振技术、3D‑XRM技术、水滴接触方法和电法仪获得岩心内的孔隙分布、润湿性以及电阻率，从微观上揭示了孔隙结构、亲水性及阻抗能力间的耦合关系，并说明了水力梯度驱使作用下岩心内部水量空间分布及潜在运移路径，为相应疏水措施提供数据；同时结合地质数据及不同深度岩心的相关特征参量，构建流‑固‑力时空协同耦合模型，通过对比不同深度岩心的力学强度与有效水应力的大小关系，确立顶板发生水害的预警阈值和评估准则，为采空区上方水库发生突水事故的精准预测提供数据支撑。

技术领域

本发明涉及一种采空区上方水库突水事故的探测及评估方法，尤其适用于煤层回采时顶板垮落时产生的“三带”诱发富水层突水灾害的预警与评估。

背景技术

随着回采工作面不断向前推进，顶板岩层的及时垮落可有效减小周期来压对采煤工作面的威胁。由于其非均质性，顶板岩层的垮落并不是以均等体形式进行下沉，而是多表现为跨尺度、多块体等特征。在地应力及相关弱化致裂措施共同作用下，顶板岩层内部形成大量的多尺度孔裂隙结构，一部分贯通裂隙破坏煤体整体结构，在自重作用下发生下沉垮落；另一部分裂隙延伸至顶板上部岩层内部，可能会为顶板含水层内的水分运移提供运移通道。

对于顶板含水层的水量分布及采空区内积水情况，目前大多数采用物探和钻探两种方式进行探测，物探方法主要有天然源音频大地电磁法和瞬变电磁法等，容易受探测地层结构、环境噪声、及设备采集精度等因素的影响，另外，物探设备通常体积庞大，携带不方便，安装布设比较复杂。钻探通常借助钻孔及岩心测试等手段，但现有测试方法存在以下不足：岩心样品采集具有随机性，且同一钻进方向的样品采集数量较少；并且其监测方法主要侧重于岩层水压及水量，并未从岩层微观角度上揭示采空区上方水库发生水害的衍生机制，导致其监测精度较低。因此，如何提供一种方法，能提高顶板多分层亲水性监测精度，为采空区上方水库发生突水事故的精准预测提供数据支撑，是本行业的研究方向之一。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种采空区上方水库突水事故的探测及评估方法，能提高顶板多分层亲水性监测精度，为采空区上方水库发生突水事故的精准预测提供数据支撑。

为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种采空区上方水库突水事故的探测及评估方法，具体步骤为：

步骤一、在靠近工作面的采空区端头位置，利用岩心取芯器从多个不同角度对采空区顶板岩层进行岩心钻取，且每个角度的钻进路径均能获得多个不同深度的岩心，然后利用保鲜膜将获得的岩心真空包裹并送至样品室内进行保养；

步骤二、利用低场核磁共振技术对选取的岩心在初始、完全饱水、离心及完全干燥四种状态下的H信号自旋回波串的衰减信号集成结果进行数值反演，从而获取得到四种独立状态下的T₂弛豫分布曲线，接着对同一岩心四种状态时的T₂弛豫分布曲线汇总至同一弛豫时间坐标轴下，根据曲线谷值划分多尺度孔径分布及其占比；通过对不同状态下的弛豫谱幅值作差得到自由流体分布占比、束缚孔与自由孔占比、T₂截止值及核磁渗透率的特征参数；将经过核磁共振测试的同一个岩心置于3D-XRM样品室内，利用X射线对岩心进行层析穿透，利用三维分析软件将不同角度投影图像集成组合形成3D重构体，进而获得岩心内部多尺度裂隙空间分布、孔隙率及裂隙贯通性的参数数据；然后将同一钻进路径下不同深度的岩心重复上述本步骤的过程，从而获得同一钻进路径下不同深度岩心的自由流体分布占比、束缚孔与自由孔占比、T₂截止值及核磁渗透率的特征参数，以及同一钻进路径下不同深度岩心的多尺度裂隙空间分布、孔隙率及裂隙贯通性的参数数据；

步骤三、采用水滴接触法对所取同一钻进路径下不同深度岩心的润湿性进行测定，获取不同钻进路径、不同深度的岩心的润湿性特征参量；