[发明专利]一种煤层顶底板含氢流体灾害的监测预警方法

权利要求书

1.一种煤层顶底板含氢流体灾害的监测预警方法，其特征在于，具体步骤为：

a.待所需进行监测预警的煤层工作面开始回采时，超前工作面100m从巷道内向顶板岩层和底板岩层均钻取多个不同角度的钻孔，且每个钻孔的深度均至设计深度位置，其中向顶板岩层钻取的各个钻孔设计深度位置为钻孔到达顶板岩层下界限层；向底板岩层钻取的各个钻孔设计深度位置为钻孔到达底板岩层上界限层；采用泄压阀对钻孔进行高压封孔，并通过岩心取芯器对各个钻孔进行保压取芯，获得多个岩心；同时利用压力传感器监测封孔后钻孔内的流体压力大小，当超过安全阈值时自动开启泄压阀，将多余的压力流体排出；

b.采用低场核磁共振技术对一个岩心在初始、完全饱水/饱气、离心及完全干燥四种状态时的T₂弛豫分布进行监测，其中对完全饱水、离心两种状态下岩心测试能获得束缚水、自由水分布特征及T₂截止值；对初始、完全干燥两种状态下岩心测试能获得岩心含水率及岩体骨架孔隙分布；然后利用多态联测法对同一岩心不同状态的T₂弛豫曲线幅值作差，进而得到岩心内不同尺度孔隙占比及孔隙率特征参数，同时对不同围压条件下含气岩心测试获得瓦斯气体不同赋存特征数据；然后重复本步骤能对多个岩心进行测试，取平均值后最终得到多个岩心所处位置的岩体内不同尺度孔隙占比及孔隙率特征参数，及岩体内瓦斯气体不同赋存特征数据；

c.采用压汞法对步骤b测试后岩心的碎块进行高压测试，通过毛管力曲线获得岩心孔喉半径r分布，利用幂函数构建T₂弛豫时间分布与孔喉半径r分布间的基准关联模型，具体为：

T₂＝M*r^N

其中，M＝aln(T_2gⁱ)+b，N＝c(T_2gⁱ)^d，a、b、c、d分别为拟合曲线特征系数；T_2gⁱ为不同状态岩心的核磁T₂谱几何平均值；T_2,j和A_j分别为弛豫曲线上某一特定弛豫时间值及该T₂弛豫点所对应的幅值；T为不同状态岩心所测得的最大T₂弛豫值；

进而根据获得的模型计算得到不同含水状态岩心内多尺度孔喉分布，然后综合分析不同含水状态岩心的核磁孔喉分布直方图与压汞孔喉半径r分布直方图的相似规律及差异性；同时分析获得不同围压条件下含气岩心内部游离态和吸附态的瓦斯占比；

d.采用电法仪分别对顶板岩层和底板岩层各个位置获取的岩心进行电阻率测试，并将获得各个岩心的电阻率统计汇总，接着通过数值模拟方法反演分别得到顶板岩层和底板岩层的饱和度分布特征，同时将各个位置岩心均在完全干燥和完全饱水两种状态下获取其电阻率，将各个位置岩心的电阻率在完全干燥和完全饱水获取的电阻率与其初始测定的电阻率进行散点拟合，构建顶底板岩层的电阻率变化率P与饱和度Q之间的理论模型，具体为：

其中，S_i、α_i分别为未知参数和含水/气饱和度；设岩心是由基质系统和孔裂隙系统两部分组成，其中孔裂隙系统分成含有孔隙和裂隙两类，则和分别为孔隙和裂隙大小的量度系数；

最后将步骤b获得的T₂弛豫分布、步骤c获得的孔喉半径r分布及电阻率变化率P三类参数进行关联性拟合，通过数值推演得到顶板岩层和底板岩层内水/气源空间分布、流体潜在运移路径、及岩层内孔隙结构特征；

e.结合已知的地质构造统计信息，利用微震在线监测技术通过在监测钻孔内布置微震传感器，监测采动过程中顶板岩层和底板岩层破坏带发育及能量释放过程，通过空间三维定位方法对断裂带进行可视化表征；并基于深度学习方法采用matlab软件编程对步骤b至d获得的各个岩心数据输入BP神经网络进行测试和训练，使BP神经网络建立步骤b至d各个数据之间相互关系的数据模型，从而在后续未探测区域中仅需采用步骤b至d中任一步骤或几个步骤，进而获取该区域单一或几个独立数据输入该数据模型后，即能对未探测区域顶底板岩层的含氢流体的情况及灾害孕育程度进行预警提示。

2.根据权利要求1所述的一种煤层顶底板含氢流体灾害的监测预警方法，其特征在于，所述岩心为直径20mm、长度50mm的圆柱体。

3.根据权利要求1所述的一种煤层顶底板含氢流体灾害的监测预警方法，其特征在于，所述步骤a中向顶板岩层钻取五个钻孔，五个钻孔处于同一巷道截面上，其中一个钻孔为中心钻孔，其与顶板垂直呈90°夹角；其余四个钻孔对称设置在中心钻孔两侧，且每侧两个钻孔的位置均分中心钻孔与顶板之间的夹角；底板岩层钻取的钻孔数量与布设方式与顶板岩层相同。