[发明专利]一种识别煤矿工程地质力学模型覆岩裂隙演化规律的方法

说明书

本发明提供了一种识别煤矿工程地质力学模型覆岩裂隙演化规律的方法，其包括：电极、导线、N级、B级、煤层、基站、主机和计算机。其中所述电极为横向均匀排列多个，且所述电极均采用各自单独导线与所述基站连接，所述N级和B级同样与所述基站N级、B级连接，所述基站与所述主机连接，所述主机与所述计算机连接。通过在煤矿工程地质力学模型内部埋设电极，在模拟煤层开采过程中观测电极采集的电阻率数据，根据电法理论，可以获取模型全空间电阻率变化及分布情况。由于岩体破坏后不连续，在破坏处电阻发生突变，可以非常敏锐地确定模型裂隙发育高度，识别覆岩裂隙演化规律。

技术领域

本发明涉及煤矿领域，具体是指一种识别煤矿工程地质力学模型覆岩裂隙演化规律的方法。

背景技术

在煤矿矿井水害防治领域，精准识别和判断煤层覆岩裂隙的发育高度，掌握覆岩裂隙的演化规律，进而选择适合的采煤工艺，合理留设保护煤岩柱以及确定安全开采上限，对保证矿井安全生产、保护矿区生态环境和提高煤炭资源采出率等具有显著的理论和实践价值。

相似模拟作为最主要的一种确定覆岩裂隙发育高度和研究裂隙演化规律的方法被广大科研工作者广泛应用。以往对模拟煤层开采过程中覆岩裂隙发育高度的确定，一般采用摄影测量和埋设应力传感器两种方法。摄影测量法是在模型表面布设监测点，利用高速相机或全站仪进行观测和记录，这种方法只能记录模型表面监测点的垂向位移，通过肉眼界定裂隙发育高度，难以确定模型内部的裂隙发育情况，具有较大的误差和随意性；另一种方法通过在模型内部埋设应力传感器，获取模型开采过程中各处应力的变化，推断裂隙的发育情况，同样不能确定裂隙的发育高度。通过查阅相关资料发现，相似模拟为煤矿工作者广泛使用，而在众多相似模拟试验过程中，目前并没有一种有效的方法能够精准识别相似模型中裂隙的发育高度并进行全过程监测和记录。

基于以上技术问题，一种识别煤矿工程地质力学模型覆岩裂隙演化规律的方法成为整个社会亟待解决的技术问题。

发明内容

本发明提供了一种识别煤矿工程地质力学模型覆岩裂隙演化规律的方法，该方法通过在模型内部布设电极，通过电法主机采集模型开采过程中各电极的电阻率，监测模型各处电阻率变化情况。由于模型在开采前完整且连续，则模型的电阻率分布也因模型各岩层的电阻率不同呈现出较好的成层性和连续性，受采动影响煤层覆岩产生裂隙并向上发育，在裂隙生成处因岩层断裂充满空气导致该处电阻率明显增大，电阻率反应敏锐且不同电极之间形成网络可以获取模型电阻率全空间分布，更轻准地识别裂隙发育最高位置，确定覆岩裂隙发育高度。整个技术方案相比于其他方法简单有效，测量结果精准，可以更加广泛地应用于相似模拟试验中。

本发明提供的技术方案为：一种识别煤矿工程地质力学模型覆岩裂隙演化规律的方法，包括模型和识别方法两部分，所述模型包括电极、导线、N级、B级、煤层、基站、主机和计算机，所述电极为横向均匀排列多个，且所述电极均采用各自单独导线与所述基站连接；所述N级、B级同样与所述基站N级、B级连接；所述基站与所述主机连接，所述主机与所述计算机连接；

所述识别方法按照以下步骤进行：

(1)根据相似模拟试验资料选用河砂、石膏、碳酸钙、铁粉和水等为基础材料；

(2)按实际工程煤层覆岩地层分布情况确定模型各地层相似材料配比；

(3)根据相似材料配比表称取河砂、石膏、碳酸钙、铁粉和水，将材料放入搅拌机中搅拌均匀；

(4)将材料倒入模型铺设架，每层厚度为1～4cm，用刮板摊平并用橡皮锤压实，在地层界面均匀撒入云母片，模拟结构面，依次铺设其他地层；

(5)模型搭建过程中在预定位置埋设电极，电极横向均匀布置，每行32个电极，共64个电极，64道导线从模型背侧穿出与基站连接，N级和B级埋设在模型右下角，同样与基站连接，基站与主机连接，最终传入计算机；