一種煤礦井下采空區注漿效果評價方法及系統與流程

本技術涉及煤礦開采采空區沉陷防治領域，具體地，涉及一種煤礦井下采空區注漿效果評價方法及系統。

背景技術：

1、煤礦開采后在煤礦井下會留下大量的采空區，很多煤礦在開采的過程中采用非充填方式開采會形成大量的大空洞采空區，大空洞采空區容易造成富水問題對周邊的煤礦開采造成威脅，也容易造成地面沉陷，破壞地表環境，對周圍生活的居民以及生態環境造成大的影響。

2、對采空區進行注漿是采空區治理中常見的手段，對注漿效果檢測評價方法主要包括以下幾種：(1)注漿填充率分析法：在注漿過程中收集相關的工程參數進行分析，包括p-q-t曲線分析法，注漿量分布特征法，以及漿液充填系數反算法，其中p-q-t曲線分析法通過注漿壓力和速度的關系曲線來反映充填情況，但在特殊地段如斷層可能出現不正常的趨勢，導致無法正確判斷加固成功與否，注漿量分布特征法直觀展現注漿分布狀態，但無法說明加固質量的好壞，注漿填充率分析法可以定量反映漿液填充情況，但忽略了不同介質中的擴散形式和漿液損失率的準確確定。(2)檢查孔法：作為規范推薦的方法，檢查孔法在注漿結束后通過設置檢查孔，開展孔內觀察、取芯、壓漿試驗和滲透系數測定等工作來評價注漿效果。(3)變形監測法：通過在采空區影響范圍內布設地表變形監測點，采集治理前后及施工中地表變形觀測數據，分析評價加固效果，該方法對于采空區地表變化不大的評價效果不佳，并且無法對注漿內部的注漿效果進行直接評價。(4)常規物探法：在注漿前后采用物探技術，如直流電法、電磁波ct、地震波ct等，通過前后對比分析漿液對垮落斷裂帶的充填效果，直流電法探測距離有限，對于大型采空區無法進行遠距離的探測，電磁波ct需要跨孔或跨巷道進行探測，施工困難，同時對于大采空區電磁波無法透過，地震波ct由于地震波的波長大，探測的精度低，對于采空區局部效果探測差，且對于采空區內部的注漿效果無法評價。(5)鉆探取心法：通過鉆探取心來直觀地觀察漿液結石體的存在，從而評價注漿效果，方法直觀但具有破壞性、局部性，且成本較高，不能全面反映整個注漿區域的效果。(6)壓水試驗：通過注漿前后的壓水試驗反映出的單位吸水量和滲透系數的變換情況，對注漿填充效果進行間接評價，該方法可能存在無法準確模擬實際注漿條件，或在多孔介質中水流與漿液流動的差異等問題。

技術實現思路

1、為了克服現有技術中的至少一個不足，本技術提供一種煤礦井下采空區注漿效果評價方法及系統。

2、第一方面，提供一種煤礦井下采空區注漿效果評價方法，包括：

3、步驟s1，根據采空區信息設計多個長距離鉆孔的軌跡；

4、步驟s2，根據軌跡，進行任一長距離鉆孔的定向鉆進，獲取定向鉆進過程中的工程參數，工程參數包括鉆進壓力、轉速和泵排量；

5、步驟s3，在定向鉆進過程中采用毫米級雷達波探測儀以及米級雷達波探測儀對長距離鉆孔進行探測，得到毫米級雷達波探測數據和米級雷達波探測數據；

6、步驟s4，對工程參數進行濾波、歸一化以及計算標準分，得到第一注漿效果評價指標參數；

7、步驟s5，根據毫米級雷達波探測數據生成鉆孔孔壁的毫米級雷達波探測數據探測圖，基于毫米級雷達波探測數據探測圖計算第二注漿效果評價指標參數；

8、步驟s6，對米級雷達波探測數據進行全波形反演成像，得到鉆孔探測周圍介質的分布圖像，根據鉆孔探測周圍介質的分布圖像計算第三注漿效果評價指標參數；

9、步驟s7，對第一注漿效果評價指標參數、第二注漿效果評價指標參數和第三注漿效果評價指標參數進行權重累加，得到長距離鉆孔的綜合評價指標參數；

10、步驟s8，根據綜合評價指標參數，參照注漿效果分級標準，確定長距離鉆孔的注漿效果級別；

11、步驟s9，根據綜合評價指標參數和注漿效果級別對注漿效果分級標準進行更新；

12、步驟s10，判斷所有長距離鉆孔是否均進行了定向鉆進，若是，得到每個長距離鉆孔的注漿效果級別，執行步驟s11，若否，返回步驟s2；

13、步驟s11，根據每個長距離鉆孔的注漿效果級別采用克里金插值方法，確定采空區未探測區域的注漿效果級別。

14、在一個實施例中，步驟s1，根據采空區信息設計多個長距離鉆孔的軌跡，包括：

15、根據采空區的大小確定長距離鉆孔的數量nb，采用以下公式：

16、

17、其中，v為采空區的體積，l為長距離鉆孔的長度，r為長距離鉆孔的的探測半徑；

18、確定長距離鉆孔的分布位置；分布位置包括采空區中心位置、以及以采空區中心為參考的東、南、西、北方向的位置；

19、多個長距離鉆孔的開孔位置位于同一開孔點，多個長距離鉆孔呈羽狀分布；或者多個長距離鉆孔的開孔位置不同，多個長距離鉆孔平行分布。

20、在一個實施例中，步驟s3，采用毫米級雷達波探測儀以及米級雷達波探測儀對長距離鉆孔進行探測，包括：

21、對毫米級雷達波探測儀以及米級雷達波探測儀在長距離鉆孔內的深度進行打點標記，通過時間戳的形式記錄深度數據；

22、將毫米級雷達波探測儀采集的數據和米級雷達波探測儀采集的數據通過時間戳的形式進行存儲；

23、將毫米級雷達波探測儀采集的數據和米級雷達波探測儀采集的數據，與深度數據按照時間戳進行匹配，得到沿深度分布的毫米級雷達波探測數據和米級雷達波探測數據。

24、在一個實施例中，步驟s4，對工程參數進行濾波、歸一化以及計算標準分，得到第一注漿效果評價指標參數，包括：

25、對每個測點的工程參數進行濾波處理，得到濾波后的工程參數；

26、對濾波后的工程參數進行歸一化處理，得到歸一化后的工程參數；

27、根據歸一化后的工程參數計算標準分；標準分包括壓力的標準分、轉速的標準分和泵排量的標準分；

28、計算壓力的標準分、轉速的標準分和泵排量的標準分的均值，得到每個測點的注漿效果評價指標參數；

29、求所有測點的注漿效果評價指標參數的均值，得到第一注漿效果評價指標參數。

30、在一個實施例中，對每個測點的工程參數進行濾波處理，得到濾波后的工程參數，包括：

31、對第一個測點和第二個測點的工程參數進行濾波處理，包括：

32、

33、其中，pz1、pz2、pz3、pz4、pz5為第1～5個測點的壓力，為第一個測點的濾波后的壓力，為第二個測點的濾波后的壓力；vs1、vs2、vs3、vs4、vs5為第1～5個測點的轉速，為第一個測點的濾波后的轉速，為第二個測點的濾波后的轉速；pl1、pl2、pl3、pl4、pl5為第1～5個測點的泵排量，為第一個測點的濾波后的泵排量，為第二個測點的濾波后的泵排量；

34、對最后的兩個測點的工程參數進行濾波處理，包括：

35、

36、其中，n為測點個數，pzn-4、pzn-3、pzn-2、pzn-1、pzn為最后5個測點的壓力，為第n-1個測點的濾波后的壓力，為第n個測點的濾波后的壓力；vsn-4、vsn-3、vsn-2、vsn-1、vsn為最后5個測點的轉速，為第n-1個測點的濾波后的轉速，為第n個測點的濾波后的轉速；pln-4、pln-3、pln-2、pln-1、pln為最后5個測點的泵排量，為第n個測點的濾波后的泵排量，為第n-1個測點的濾波后的泵排量；

37、對剩余的測點的工程參數進行濾波處理，包括：

38、

39、其中，k為測點的標號，3≤k≤n-2，第k個測點的濾波后的壓力，為第k個測點的濾波后的轉速，為第k個測點的濾波后的泵排量；pzk第k個測點的壓力，vsk為第k個測點的轉速，plk為第k個測點的泵排量。

40、在一個實施例中，第二注漿效果評價指標參數，采用以下公式：

41、

42、其中，q2為第二注漿效果評價指標參數，f為毫米級雷達波探測數據探測圖，f(i,j)表示f中像素點(i,j)的像素值，m為f中像素點的橫向個數，t為f中像素點的縱向個數，f(i,j|d,θ)表示f中與f的中心點的距離為d，夾角為θ的像素點(i,j)的像素值。

43、在一個實施例中，第三注漿效果評價指標參數，采用以下公式：

44、

45、其中，q3為第三注漿效果評價指標參數，p為鉆孔探測周圍介質的分布圖像，m1為p中像素點的橫向個數，n1為p中像素點的縱向個數，p(i1,j1|d1,θ1)表示p中與p的中心點的距離為d1，夾角為θ1的像素點(i1,j1)的像素值。

46、在一個實施例中，步驟s7中，長距離鉆孔的綜合評價指標參數，采用以下公式：

47、q0＝aq1+bq2+cq3

48、其中，q0為長距離鉆孔的綜合評價指標參數，q1為第一注漿效果評價指標參數，q2為第二注漿效果評價指標參數，q3為第三注漿效果評價指標參數，a、b、c分別為q1、q2和q3的權重，a+b＝1，a>b，c≥1。

49、第二方面，提供一種煤礦井下采空區注漿效果評價系統，包括：

50、軌跡設計模塊，用于根據采空區信息設計多個長距離鉆孔的軌跡；

51、工程參數獲取模塊，用于根據軌跡，進行任一長距離鉆孔的定向鉆進，獲取定向鉆進過程中的工程參數，工程參數包括鉆進壓力、轉速和泵排量；

52、探測數據獲取模塊，用于在定向鉆進過程中采用毫米級雷達波探測儀以及米級雷達波探測儀對長距離鉆孔進行探測，得到毫米級雷達波探測數據和米級雷達波探測數據；

53、第一注漿效果評價指標參數確定模塊，用于對工程參數進行濾波、歸一化以及計算標準分，得到第一注漿效果評價指標參數；

54、第二注漿效果評價指標參數確定模塊，用于根據毫米級雷達波探測數據生成鉆孔孔壁的毫米級雷達波探測數據探測圖，基于毫米級雷達波探測數據探測圖計算第二注漿效果評價指標參數；

55、第三注漿效果評價指標參數確定模塊，用于對米級雷達波探測數據進行全波形反演成像，得到鉆孔探測周圍介質的分布圖像，根據鉆孔探測周圍介質的分布圖像計算第三注漿效果評價指標參數；

56、綜合評價指標參數確定模塊，用于對第一注漿效果評價指標參數、第二注漿效果評價指標參數和第三注漿效果評價指標參數進行權重累加，得到長距離鉆孔的綜合評價指標參數；

57、注漿效果級別確定模塊，用于根據綜合評價指標參數，基于注漿效果分級標準，確定長距離鉆孔的注漿效果級別；

58、更新模塊，用于根據綜合評價指標參數和注漿效果級別對注漿效果分級標準進行更新；

59、判斷模塊，用于判斷所有長距離鉆孔是否均進行了定向鉆進，若是，得到每個長距離鉆孔的注漿效果級別，進入插值模塊，若否，進入工程參數獲取模塊；

60、插值模塊，用于根據每個長距離鉆孔的注漿效果級別采用克里金插值方法，確定采空區未探測區域的注漿效果級別。

61、相對于現有技術而言，本技術具有以下有益效果：本技術通過定向鉆進鉆孔，可以根據采空區的大小，一次性實現長距離的探測評價采空區的注漿效果；定向鉆進的工程參數可以評價采空區注漿凝結效果；毫米波雷達波探測方法可以探測鉆孔孔壁的狀態，根據孔壁的形態直觀分析注漿效果；米級雷達波探測方法可以探測評價鉆孔周圍的一定范圍內的注漿效果；本技術根據采空區注漿區多個鉆孔的探測，最終實現對整個采空區的全范圍內精細化檢測評價，同時定向鉆進的鉆孔在評價完成之后對于注漿效果不佳的區域可以通過該鉆孔進行補救注漿。