一种基于采动的上覆岩层软岩层裂隙发育探测方法
本发明涉及采矿工程，具体地说是涉及一种基于采动的上覆岩层软岩层裂隙发育探测方法。
背景技术：
1、在矿山灾害中，瓦斯灾害和顶板突水事故为煤矿灾害中的两大典型灾害，容易导致极大的经济损失和人员伤亡。工作面开采后上覆岩层随即发生弯曲下沉，随着工作面的推进，上覆岩层各岩层不同程度发生裂隙发育，而这些裂隙将是瓦斯和顶板水向下流动的主要运移通道。其中，软岩层里的裂隙发育程度、范围将会对软岩层能否阻止水渗流和瓦斯渗流的能力产生很大的影响，为了防止瓦斯灾害和顶板突水事故的发生，加强对上覆岩层各岩层中软岩层的裂隙发育研究是非常有必要的。由于受我国煤矿当前复杂的地质条件限制，对上覆岩层裂隙发育现场试验很困难，而物理相似模拟实验可以较好的对采动裂隙场进行探测研究，为上覆岩层裂隙的演化过程和分布状态的研究提供强有力的理论支撑。现有的相似模拟实验台可在实验室内探究三维条件下煤层开采后的覆岩运移规律，而对于上覆岩层中各岩层的软岩层受采动影响而产生裂隙发育的研究严重不足，这将不利于对瓦斯灾害及顶板突水事故的防治，因而现在急需要能够对上覆岩层各岩层中软岩层裂隙发育情况进行探测的方法。
技术实现思路
1、本发明的目的在于提供一种基于采动的上覆岩层软岩层裂隙发育探测方法，以探测上覆岩层软岩层受采动影响的裂隙发育程度及范围。
2、为了达到上述目的，本发明所采用的技术解决方案如下：
3、一种基于采动的上覆岩层软岩层裂隙发育探测方法，所述方法包括如下步骤：
4、步骤1、建立三维相似模拟模型
5、根据相似比确定底板、煤层及上覆岩层的材料，在三维试验台上由下向上依次布置材料形成底板、煤层及上覆岩层，注液装置经注液管路连接上覆岩层，将加载压头作用于上覆岩层最上方，由加载压头根据相似比施加设定压力；
6、步骤2、模拟采动
7、从三维试验台的一侧模拟开挖煤层，直至观察上覆岩层出现离层空间时停止开挖；
8、步骤3、向上覆岩层注入放射性液体
9、通过注液装置经注液管路向上覆岩层注入放射性液体，其中，放射性液体含有伽马射线示踪剂；
10、步骤4、放射性检测并绘图
11、将伽马射线检测仪连接计算机，利用伽马射线检测仪实时对上覆岩层中软岩层放射性液体产生的放射性能量进行动态检测，将放射性能量的聚集及分布数据上传至计算机，由计算机处理放射性能量的聚集及分布数据绘制形成放射性能量的聚集及分布动态图；
12、在有放射性液体流入下部垮落带或者通过伽马射线检测仪检测放射性液体流入到上覆岩层设定位置超过设定时间后，停止向上覆岩层注入放射性液体。
13、优选的，所述三维试验台包括底板、侧板和条板，所述底板左侧、右侧及后侧的立面均设置侧板，所述底板前侧的立面可拆卸设置若干块条板；
14、步骤1中，在三维试验台上由下向上依次布置材料形成底板、煤层及上覆岩层之前，先将底板前侧的立面安装若干块条板以封闭底板前侧的立面；
15、步骤2中，在从三维试验台的一侧模拟开挖煤层之前，先将煤层区域对应的条板拆卸下来。
16、优选的，所述条板由透明材料制成；
17、步骤2中，由肉眼透过条板观察上覆岩层出现离层空间；
18、步骤4中，由肉眼透过条板观察有放射性液体流入下部垮落带。
19、优选的，所述注液装置包括存液容器、加压器、搅拌器、阀门和压力表，所述存液容器内存储所述放射性液体，所述存液容器经供液管路连接所述加压器的进液端，所述供液管路上连接所述搅拌器，所述加压器的出液端连接所述注液管路，所述注液管路上连接阀门和压力表；
20、所述搅拌器用于搅拌流经供液管路的放射性液体，所述加压器用于向注液管路供给设定压力的放射性液体，所述阀门用于开、关注液管路，所述压力表用于校核注液管路内放射性液体的压力值。
21、优选的，步骤4中，在三维试验台的周围布置三台伽马射线检测仪，一台伽马射线检测仪对上覆岩层中软岩层xoy面的放射性能量进行检测，一台伽马射线检测仪对上覆岩层中软岩层yoz面的放射性能量进行检测，一台伽马射线检测仪对上覆岩层中软岩层xoz面的放射性能量进行检测；由计算机分别绘制上覆岩层中软岩层xoy面、yoz面及xoz面的放射性能量的聚集及分布动态图。
22、优选的，所述放射性液体由汽油和伽马射线示踪剂混合而成。
23、优选的，所述伽马射线检测仪包括半导体检测器、转换器元件和屏蔽装置，所述半导体检测器用于接收放射性能量，所述转换器元件用于将接收的能量的幅度值进行光电信号转化成对应的数据值并上传至计算机，所述屏蔽装置用于确保放射性能量集中于半导体检测器中。
24、本发明的有益技术效果是：
25、本发明的基于采动的上覆岩层软岩层裂隙发育探测方法，方案设计简单，便于操作实现；能够准确模拟地层真实地质环境及受采动的影响，通过向上覆岩层注入放射性液体，并利用伽马射线检测仪在三维方向上实时对上覆岩层中软岩层的放射性能量进行动态检测，由计算机绘制形成放射性能量的聚集及分布动态图，放射性能量的聚集及分布动态图对应上覆岩层软岩层受采动影响的裂隙发育程度及范围动态图，以分析出软岩层裂隙发育关于时间效应的整体变化特征。
技术特征：
1.一种基于采动的上覆岩层软岩层裂隙发育探测方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种基于采动的上覆岩层软岩层裂隙发育探测方法，其特征在于：
3.根据权利要求2所述的一种基于采动的上覆岩层软岩层裂隙发育探测方法，其特征在于：
4.根据权利要求1所述的一种基于采动的上覆岩层软岩层裂隙发育探测方法，其特征在于：
5.根据权利要求1所述的一种基于采动的上覆岩层软岩层裂隙发育探测方法，其特征在于：
6.根据权利要求1所述的一种基于采动的上覆岩层软岩层裂隙发育探测方法，其特征在于：
7.根据权利要求1所述的一种基于采动的上覆岩层软岩层裂隙发育探测方法，其特征在于：
技术总结
本发明提供了一种基于采动的上覆岩层软岩层裂隙发育探测方法，涉及采矿工程技术领域。本发明的基于采动的上覆岩层软岩层裂隙发育探测方法包括如下步骤：步骤1、建立三维相似模拟模型；步骤2、模拟采动；步骤3、向上覆岩层注入放射性液体；步骤4、放射性检测并绘图。本发明能够准确模拟地层真实地质环境及受采动的影响，通过向上覆岩层注入放射性液体，并利用伽马射线检测仪在三维方向上实时对上覆岩层中软岩层的放射性能量进行动态检测，由计算机绘制形成放射性能量的聚集及分布动态图，放射性能量的聚集及分布动态图对应上覆岩层软岩层受采动影响的裂隙发育程度及范围动态图，以分析出软岩层裂隙发育关于时间效应的整体变化特征。
技术研发人员：张文泉,朱先祥,马俊鹏,张照允,张贵彬,王永军
受保护的技术使用者：山东科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23