[发明专利]一种岩层变形破坏特征的井孔多参量探查方法

摘要

本发明公开了一种岩层变形破坏特征的井孔多参量探查方法，本发明采用BOTDR分布式光纤单端测试的方式，在深钻全孔深采集应变数据，有利于反映工作面采动后上覆地层的不同深度位置、不同岩层在变形过程中的地质体表现出的挤压、拉张、剪切等变形特征。形成有效的线性测试全钻孔控制深度地层的变形，弥补原有点式数据采集容易出现数据体遗漏的不足。并且测试方法在测试更加清晰直观，拥有更高的准确度和精度，能够实现对垮落带和导水裂缝带高度的准确判断。其结合并行电法测试技术的地电场响应分析，能够实现定性到定量的精确化判断，有效提高测试准确性，控制其他干扰因素。

主权项

一种岩层变形破坏特征的井孔多参量探查方法，其特征在于：包括有如下步骤：（1）构建深钻分布式全空间测试系统，首先在地面施工钻孔，钻孔深度是从地面垂向经岩层抵工作面回采深度，其次将温度补偿光缆、应变光缆、探测电极单侧固定于PVC套管外侧，制成观测线束，通过牵引绞车和牵引重锤将观测线束牵引入钻孔，其中所述的应变光缆采用两种测试光缆，即钢绞线式应变传感光缆和定点式应变传感光缆，将钢绞线式应变传感光缆和定点式应变传感光缆同时固定在PVC套管的外侧，所述的钢绞线式应变传感光缆为全分布式测点捕捉，定点式应变传感光缆为定点间距2m，其中探测电极采用不同间距布置方式，观测线束由牵引重锤引至目标深度后，依据地层条件分段注浆，使得观测线束能够与钻孔围岩全面耦合，可以协调地层变形，感测被测区域地球物理场中地电场及应力应变场参数的变化特征，最后在控制测区范围内获得综合数据体；（2）深钻分布式全空间数据采集，使用BOTDR数据采集装置分别采集应变测试光缆和温度补偿光缆的测试数据，二者采用相同的数据采集参数，当上覆地层产生变形，观测线束将随地层的形变发生同步变形，此时观测线束外侧应变传感光缆将产生相应的应变量，可以获得应变传感光缆沿观测线方向各自的应变数据特征，温度补偿光缆为松套铠装，在变形过程中不受协同变形的影响，用以配准地层不同深度温度差异对于应变光缆测试结果的影响；其中地电场相关数据采集使用并行电法仪，采用单极供电、偶极子供电两种方式进行数据采集与处理；整个的数据采集是设计工作面通过钻孔位置前150m和经过钻孔位置后150m的区间范围为测试敏感区域，实施数据监测采集；（3）数据的分析，获得深钻测试区域范围内全空间应变与地电场的特征剖面，其过程包括两种组合方法数据单独解编，1）对测试数据解编，剔除数据异常点及数据采集全区段异常时间下的测试数据，并转换成所需的文件格式，2）对测线范围内应变数据做温度补偿数据解编，校准地层不同深度位置的温度补偿光缆测试结果，剔除由于环境影响引起温度异常干扰，3）测试数据的配准，用于应变数据的配准，由于BOTDR分布式光纤在测试过程中其同时敏感于应变和温度，通过温度补偿光缆测试数据对应变传感光缆测试数据进行配准，消除温度干扰影响，使得测试数据准确性得到提高，4）数据分析与表达，设置第一次数据采集为初始数据，后期采集数据体作为对比数据，与之进行作差实现对回采过程中岩体结构变形的连续比较，其中应变数据通过积分计算获得相应二维空间内的位移场变化情况；并行电法数据采取钻孔测线全电场解编，对数据进行异常校正，剔除异常点位电流，根据电极供电特征，置换数据反演文本格式，建立地面深钻区域范围内的空间坐标，并开展网格划分，单元格划分为矩形网格，借助数据反演软件，采用收敛程度较好的最小二乘法，通过有限元法计算测试区域模型相应数据，之后对比实测视电阻率和计算视电阻率，取最小误差分析解，获得网格单元内反演电阻率情况，最后提取数据并绘制应变场与位移场的分布曲线、等值线图及相关剖面图，综合由应变与地电场信息反映测试区域的破坏情况；（4）深钻分布式光纤测试技术的分析与评价，结合区域钻孔的成果及不同岩性的相关基础岩石力学参数，对测试区域内上覆岩层在变形过程中的变形机理进行分析，进而解释、评价地层形变特征，光纤测试技术规定拉应变为正，压应变为负，并行电法则以电阻率信息变化表示，其岩体结构的密实程度、破碎及含水状况不同表现出不同的电阻率值变化特征，通过地层位移及电阻率值两种方法综合评价，获得变形与破坏特征，实现测试技术中定性到定量目的，结合钻孔测试地质条件，探测孔深控制区域内地层的下沉、离层、裂隙发育、挤压破碎等异常位置，并根据异常差异定量评价岩层结构变形特征，根据钻孔布置与工作面回采位置的空间关系，钻孔可以连续观测工作面推进至钻孔位置前200m至推过孔位处200m的数据，进一步认识与研究工作面采动前至破坏稳定的全空间变形特征。