一种快速精确探测煤岩层分界的方法

技术领域

本发明涉及煤岩层结构地球物理探测技术领域，特别涉及一种快速精确探测煤岩层分界的方法。

背景技术

在井下生产过程中，工作面煤层厚度和煤岩分界线位置的测定是生产前地质勘探的重点。煤层在形成过程中，经历了地质运动和构造应力作用，导致煤层厚度不均匀，煤岩分界线起伏不定。在未明确煤岩分界的情况下生产，一方面会导致部分煤无法开采充分，造成遗留浪费，另一方面会开采大量的矸石，降低采煤效率。准确探测煤岩层分界位置和煤层厚度，对于提高采煤率和采煤效率具有重要意义。此外，在穿层钻孔抽采瓦斯的过程中，也需要明确煤岩分界，以保障抽采效果。

目前煤岩层分界位置的确定多采取分段钻孔的方法，钻孔位置和深度的确定都具有盲目性。分段钻孔法的探测范围小，探测结果以点带面，无法确定工作面全部区域的煤岩分界位置，导致部分区域煤岩分界探测并不准确，且钻孔探测所需时间较长，人力物力成本较高。因此，研发一种能够连续、快速、精确地探测煤岩分界位置的方法是非常必要的。

发明内容

本发明提供了一种快速精确探测煤岩层分界的方法，以解决现有技术存在的探测不准确，且钻孔探测所需时间较长，人力物力成本较高的技术问题。

为解决上述技术问题，本发明提供了如下技术方案：

一种快速精确探测煤岩层分界的方法，包括：

通过钻孔法获取待探测区域的煤岩芯样品；

通过所述煤岩芯样品测得钻孔处的各结构层的厚度及电阻率；

根据测得的各结构层的厚度及电阻率建立煤岩层几何模型；

对所述煤岩层几何模型进行正演模拟计算，确定煤岩分界点的视电阻率；

获取待探测区域各结构层的视电阻率分布图；

基于正演模拟计算所确定的煤岩分界点的视电阻率及结构层厚度测量结果，根据获取到的待探测区域各结构层的视电阻率分布图，确定待探测区域的煤岩层分界线。

进一步地，所述通过钻孔法获取待探测区域的煤岩芯样品，包括：

根据待探测区域的顶底板巷道布置情况，选择煤层下方底抽巷作为测试点；

在底抽巷的顶板上竖直向上施工一个穿层钻孔；

通过所述穿层钻孔获取待探测区域的煤岩芯样品。

进一步地，所述穿层钻孔的长度超过待测煤岩层的上一层岩石20cm以上。

进一步地，所述通过所述煤岩芯样品测得钻孔处的各结构层的厚度及电阻率，包括：

将所述煤岩芯样品中的各结构层分离，测量分离出的各结构层的厚度；其中，所述结构层为煤层或岩层；

分别从各结构层的中间位置截取多个预设尺寸的样品；

使用万用表对每一结构层的多个样品的电阻率进行测试，取每一结构层的多个样品的电阻率的平均值作为对应结构层的电阻率。

进一步地，每一结构层截取的样品为尺寸为10cm×10cm×10cm的正方体样品。

进一步地，每一结构层截取的样品数量为三块。

进一步地，所述根据测得的各结构层的厚度及电阻率建立煤岩层几何模型；对所述煤岩层几何模型进行正演模拟计算，确定煤岩分界点的视电阻率，包括：

根据测得的各结构层的厚度，建立包括底抽巷顶板、煤层以及煤层顶板的多层几何模型；

利用测得的各结构层的电阻率给多层几何模型赋值，建立煤岩层几何模型；

在视电阻率正演模拟软件上对所述煤岩层几何模型进行正演模拟计算。

进一步地，所述获取待探测区域各结构层的视电阻率分布图，包括：

在钻孔周围向底抽巷顶板布置电极，并将所述电极与直流电法仪连接，通过所述直流电法仪进行测试，获得底抽巷上覆煤岩层视电阻率分布图；

通过移动电极位置的方式测试底抽巷内其他区域上覆煤岩层的视电阻率，以得到全部待测区域内的底抽巷上覆煤岩层视电阻率分布图。

进一步地，所述基于正演模拟计算所确定的煤岩分界点的视电阻率及结构层厚度测量结果，根据获取到的待探测区域各结构层的视电阻率分布图，确定待探测区域的煤岩层分界线，包括：

按照统一坐标系和图例，将不同位置对应的视电阻率图按照所在位置进行合并；将各位置的煤岩层分界线相连，获得全部待测区域的煤岩层分界线。

进一步地，在通过移动电极位置的方式测试底抽巷内其他区域上覆煤岩层的视电阻率时，在每次布置的电极中，相邻电极之间的距离为2m，每次布置电极数量为48。

本发明提供的技术方案带来的有益效果至少包括：

本发明以不同介质导电性的差异为物性基础，在底抽巷顶板上布置电极，测试反演得到底抽巷上覆煤岩层的视电阻率图像，再结合取芯测量与正演模拟的结果确定煤岩层分界位置，实现了对煤岩层分界的快速、精确探测。

本发明的主要优点在于：

1、本发明只需要前期的钻探取芯，相比于全程钻探测量的方法，测试工作量和施工成本大幅度降低；

2、实现了整个待测区域的全面、连续测试，解决了现有测试方法“以点带面”的弊端；

3、本发明结合取芯实际煤岩分界和煤、岩样品电阻率进行了正演，相比于传统电法勘探更加科学、准确。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明第一实施例提供的快速精确探测煤岩层分界的方法的流程示意图；

图2为本发明第二实施例提供的快速精确探测煤岩层分界的方法的流程示意图；

图3为煤岩层分界的测试效果示意图。

附图标记说明：

1、底抽巷；2、上覆煤层顶板；3、上覆煤层；4、上覆煤层底板；

5、底抽巷顶板；6、穿层钻孔；7、电极；8、直流电法仪；

9、测试范围有效区域。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

第一实施例

本实施例利用直流电法区域探测的优点，提供一种快速精确探测煤岩层分界的方法，适用于煤层开采之前或穿层抽采瓦斯时对煤层位置进行精准测定。该快速精确探测煤岩层分界的方法的执行流程如图1所示，包括以下步骤：

S101，通过钻孔法获取待探测区域的煤岩芯样品。

具体地，对于上述步骤，本实施例是根据待探测区域的顶底板巷道布置情况，选择煤层下方底抽巷作为测试地点；在待探测煤层的底抽巷的顶板上竖直向上施工一个穿层钻孔；通过所述穿层钻孔获取待探测区域的煤岩芯样品。其中，所述穿层钻孔的长度超过待测煤岩层的上一层岩石20cm以上。

S102，通过煤岩芯样品测得钻孔处的各结构层的厚度及电阻率。

具体地，对于上述步骤，本实施例是将所述煤岩芯样品中的各层煤、岩分离，测量分离出的煤、岩层的长度；分别从各层的中间位置截取尺寸为10cm×10cm×10cm的正方体样品，每种岩性各截取三块为一组；使用万用表对每组的三块样品进行电阻率测试，取平均值作为对应煤、岩层的电阻率。

S103，根据测得的各结构层的厚度及电阻率建立煤岩层几何模型。

具体地，对于上述步骤，本实施例是根据测得的煤、岩层的厚度，建立包括底抽巷顶板、煤层以及煤层顶板的多层几何模型；然后利用测得的煤、岩层的电阻率给建立的多层几何模型赋值，建立煤岩层几何模型。

S104，对煤岩层几何模型进行正演模拟计算，确定煤岩分界点的视电阻率。

具体地，对于上述步骤，本实施例是在视电阻率正演模拟软件上对上述模型进行煤岩层视电阻率正演模拟计算，初步确定取芯处煤岩分界点的视电阻率。

S105，获取待探测区域各结构层的视电阻率分布图。

具体地，对于上述步骤，本实施例是在穿层钻孔周围向底抽巷顶板布置电极，并将所述电极与直流电法仪连接，通过所述直流电法仪进行测试，获得底抽巷上覆煤岩层视电阻率分布图；通过移动电极位置的方式测试底抽巷内其他区域上覆煤岩层的视电阻率，确定该区域的煤岩层分界线；最终通过移动电极位置的方式得到全部待测区域内的底抽巷上覆煤岩层视电阻率分布图。

其中，在通过移动电极位置的方式测试底抽巷内其他区域上覆煤岩层的视电阻率时，每次布置的相邻电极之间的距离为2m，每次布置电极数量为48。

S106，基于正演模拟计算所确定的煤岩分界点的视电阻率及结构层厚度测量结果，根据获取到的待探测区域各结构层的视电阻率分布图，确定待探测区域的煤岩层分界线。

具体地，对于上述步骤，本实施例是对每个位置测得的电阻率数据进行反演，分别得到各处的视电阻率图像，并结合取芯测量、正演模拟及底抽巷电法测试结果，分别在各视电阻率图像上确定煤岩层分界线；按照统一坐标系和图例，将不同区域的视电阻率图像重叠压茬，并将各个视电阻率图像对应的各区域的煤岩层分界线相连，获得全部待测区域的煤岩层分界线。

综上，本实施例的煤岩层分界探测方法通过测试底抽巷上覆煤岩层的视电阻率，结合取芯测量与正演模拟的结果，快速、精确地确定底抽巷上覆煤层、岩层的位置，降低了测试工作量和施工成本，解决了现有测试方法“以点带面”的弊端，同时提高了煤岩分界识别的准确性。

第二实施例

请参阅图2和图3，本实施例提供了一种快速精确探测煤岩层分界的方法，适用于煤层开采之前或穿层抽采瓦斯时对煤层位置进行精准测定。该方法包括：在底抽巷顶板上施工一个穿层钻孔；取芯测试煤、岩层的厚度及电阻率，建立煤岩层数值模型，进行视电阻率正演模拟计算；获得底抽巷顶板视电阻率分布图，结合取芯测量、正演模拟及底抽巷电法测试结果，确定测试范围内的煤岩层分界线；并通过移动电极位置的方式测试获取全部待测区域的煤岩层分界线。

具体地，该方法执行过程如图2所示，包括以下步骤：

S201，根据待测试区域的顶底板巷道布置情况，选择煤层下方底抽巷1或其他巷道作为测试地点，以测试其上覆煤层顶板2、上覆煤层3、上覆煤层底板4的分界线，从而确定上覆煤层3的厚度及位置；

S202，在所选的底抽巷顶板5竖直向上施工一个穿层钻孔6，获取该处煤岩芯，穿层钻孔6的长度应超过待测煤岩层的上一层岩石20cm以上；

S203，将取芯样品中各层煤、岩分离，测量穿层钻孔处6的上覆煤层顶板2、上覆煤层3、上覆煤层底板4的厚度；

S204，分别从各层的中间位置截取尺寸为10cm×10cm×10cm的正方体样品，每种岩性各截取三块为一组，使用万用表测对每组的三块样品进行电阻率测试，取平均值为对应煤、岩层的电阻率；

S205，根据取芯测得的各层煤岩厚度，建立包含上覆煤层顶板2、上覆煤层3、上覆煤层底板4的多层几何模型；

S206，利用测量的煤岩层电阻率平均值给几何模型赋值，建立煤岩层正演模型；

S207，在视电阻率正演模拟软件上对上述模型进行正演模拟计算，初步确定取芯处煤岩分界点的视电阻率；

S208，在穿层钻孔6周围向底抽巷顶板5均匀布置48根电极7，相邻电极7之间的距离为3m，电极7通过电缆与直流电法仪8相连；

S209，启动直流电法仪8，测试底抽巷上覆煤岩层视电阻率，获得底抽巷上覆煤层顶板2、上覆煤层3、上覆煤层底板4的视电阻率分布图；

S210，结合S203的取芯测量结果、S207的正演模拟结果及S209的底抽巷电法测试的结果，确定测试范围有效区域9内的煤岩层分界线；

S211，移动电极位置，测试底抽巷内其他区域上覆煤岩层的视电阻率；

S212，对每个位置测得的数据进行反演，分别得到各处的视电阻率图像，并分别在各图像上确定煤岩层分界线；

S213，按照统一坐标系和图例，将各图像按照所在位置进行合并，放置于同一张图内；

S214，将各个图的煤岩层分界线相连，获得全部待测区域的煤岩层分界线。

综上，本实施例的快速精确探测煤岩层分界的方法以不同介质导电性的差异为物性基础，通过取芯测量与电阻率正演模拟，初步确定煤岩层分界位置。之后在底抽巷顶板上布置电极，测试反演得到底抽巷上覆煤岩层的视电阻率图像，再结合取样测量与正演模拟结果，实现了对煤岩层分界的快速、精确探测。

此外，需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。

最后需要说明的是，以上所述是本发明优选实施方式，应当指出，尽管已描述了本发明优选实施例，但对于本技术领域的技术人员来说，一旦得知了本发明的基本创造性概念，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明实施例范围的所有变更和修改。