煤矿采空区注浆质量三维微动检测方法与流程

本技术涉及注浆质量检测，具体涉及一种煤矿采空区注浆质量三维微动检测方法。

背景技术：

1、目前煤矿采空区注浆质量检测主要依赖钻孔取芯和常规物探方法，存在诸多技术缺陷。钻孔取芯为单点检测，代表性差、成本高、效率低，无法全面反映区域注浆效果；常规二维物探方法空间分辨率不足，难以实现地下介质的三维精细成像，无法准确圈定注浆盲区的空间分布。现有微动检测方法多采用单一静态检测模式，仅能获取注浆后的最终状态，无法实现注浆全周期的动态监测，不能实时追踪浆液的扩散轨迹与充填过程。同时，现有方法多采用单一的视横波速度阈值比对进行质量评价，无法区分天然低速地质体与未充填采空区，存在严重的多解性问题，检测准确率低，难以满足煤矿采空区注浆治理工程对检测精度和可靠性的要求。

技术实现思路

1、本技术提供一种煤矿采空区注浆质量三维微动检测方法，用以解决现有技术中检测准确率低，检测精度和可靠性难以满足要求的问题。

2、根据本技术第一方面实施例的一种煤矿采空区注浆质量三维微动检测方法，检测方法包括：

3、针对待探测采空区，布设与采空区埋深相适配的三维微动密集台阵，并配置经过一致性测试的微动探测设备；

4、将所述微动探测设备布置于所述三维微动密集台阵的各测点位置，通过所述微动探测设备采集待探测采空区在注浆全周期不同阶段的微动时序数据，并对采集得到的原始微动时序数据进行预处理；

5、基于预处理后的微动时序数据，通过扩展空间自相关espac法提取瑞雷波频散曲线，反演获取注浆全周期不同阶段对应的地下视横波速度三维结构模型；

6、根据待探测采空区的采空区埋深，从注浆全周期不同阶段对应的地下视横波速度三维结构模型中，分别提取注浆全周期不同阶段对应高程的视横波速度切片；

7、获取结合钻孔取芯与注浆施工记录建立的各级视横波速度阈值标准，并将视横波速度切片中的视横波速度与所述视横波速度阈值标准进行比对；

8、对视横波速度切片进行时序差分动态分析；

9、结合视横波速度比对结果与时序差分动态分析结果，输出待探测采空区的注浆质量分析结果。

10、根据本技术的一个实施例，所述针对待探测采空区，布设与采空区埋深相适配的三维微动密集台阵，包括：

11、当待探测采空区的采空区埋深在150m以内时，确定台阵观测半径为35m-45m；

12、采用主台阵按2m×2m点距布设，并在注浆井周边20m范围内加密至1m×1m点距的方式，布设所述三维微动密集台阵。

13、根据本技术的一个实施例，所述配置经过一致性测试的微动探测设备，包括：

14、采用节点地震仪作为数据采集器，并配套宽频带检波器；

15、将所有数据采集器与检波器连接后，开展10分钟-20分钟同步采集的仪器一致性测试，验证各通道波形一致性；

16、通过卫星导航系统的标准时间信号自动实时地对各数据采集器进行内部时钟校正，以使得多台数据采集器之间的同步误差小于10μs。

17、根据本技术的一个实施例，所述将所述微动探测设备布置于所述三维微动密集台阵的各测点位置，通过所述微动探测设备采集待探测采空区在注浆全周期不同阶段的微动时序数据，包括：

18、在注浆前的基准期、注浆过程中每间隔2小时、以及注浆后的稳定期，分别采集时长不少于40分钟的连续微动时序数据。

19、根据本技术的一个实施例，所述基于预处理后的微动时序数据，通过扩展空间自相关espac法提取瑞雷波频散曲线，反演获取注浆全周期不同阶段对应的地下视横波速度三维结构模型，包括：

20、以所述三维微动密集台阵的每个测点作为中心测点，将所述中心测点周边设定台阵半径范围内的所有测点进行组合，形成以该中心测点为核心的不规则密集台阵组合；

21、利用所述不规则密集台阵组合内所有测点的预处理后微动时序数据的空间自相关特性，通过espac方法计算该中心测点的瑞雷波频散曲线；

22、遍历所述三维微动密集台阵的所有测点，逐点计算得到各个测点的瑞雷波频散曲线；

23、利用半波法经验公式对所述瑞雷波频散曲线进行反演，获取各个测点不同深度对应的视横波速度数据；

24、将所有测点的所述视横波速度数据进行插值平滑与三维拟合，生成注浆全周期不同阶段对应的地下视横波速度三维结构模型。

25、根据本技术的一个实施例，所述根据待探测采空区的采空区埋深，从注浆全周期不同阶段对应的地下视横波速度三维结构模型中，分别提取注浆全周期不同阶段对应高程的视横波速度切片，包括：

26、识别地下视横波速度三维结构模型中高程1150m~1160m范围内的波速陡变界面，确定为基岩界面；

27、将与待探测采空区实际埋深最匹配的1100m高程对应的切片作为主分析切片；

28、提取1090m高程和1110m高程对应的切片作为辅助分析切片。

29、根据本技术的一个实施例，所述获取结合钻孔取芯与注浆施工记录建立的各级视横波速度阈值标准，包括：

30、根据钻孔所揭示的未注浆采空区及塌落破碎带的物理特征，设定表征未充填状态的第一低速阈值区间；

31、根据局部注浆空区或浆液扩散不均现象的物理特征，设定表征部分充填状态的第二中速阈值区间；

32、根据注浆后完整、密实岩体的物理特征，设定表征完全充填状态的第三高速阈值区间。

33、根据本技术的一个实施例，所述对视横波速度切片进行时序差分动态分析，包括：

34、将注浆过程中的视横波速度切片与基准期的视横波速度切片进行逐像元作差，计算视横波速度的动态变化量；

35、根据所述视横波速度的动态变化量，生成浆液扩散时空演化云图，以动态追踪浆液的扩散轨迹与充填状态。

36、根据本技术的一个实施例，在所述生成浆液扩散时空演化云图之后，还包括：

37、在所述浆液扩散时空演化云图中，识别视横波速度提升量低于设定变化阈值、且当前绝对视横波速度落入未充填阈值区间的圈闭状低速异常区域；

38、提取所述圈闭状低速异常区域的边界，自动圈定局部未充填的残余空洞和浆液扩散盲区，获取所述浆液扩散盲区的空间位置坐标。

39、根据本技术的一个实施例，所述结合视横波速度比对结果与时序差分动态分析结果，输出待探测采空区的注浆质量分析结果，包括：

40、基于视横波速度比对结果，统计视横波速度切片中视横波速度落入完全充填状态对应的第三高速阈值区间的区域面积，以及所述视横波速度切片的总覆盖面积，计算区域整体充填率与各分区的介质密实度提升率；

41、基于所述区域整体充填率、各分区介质密实度提升率以及所述浆液扩散盲区的空间位置坐标，生成包含所述区域整体充填率、各分区介质密实度提升率、补充注浆点位分布图及注浆压力、浆液配比参数优化方案的注浆质量分析结果。

42、本技术实施例中的上述一个或多个技术方案，至少具有如下技术效果之一：

43、本技术采用与采空区埋深相适配的三维微动密集台阵，实现了地下介质的三维精细成像，解决了传统二维物探方法空间分辨率不足的问题，能够准确圈定注浆盲区的空间分布；通过采集注浆全周期不同阶段的微动时序数据，实现了注浆过程的动态监测，可实时追踪浆液的扩散轨迹与充填状态变化，弥补了单一静态检测无法反映注浆过程的缺陷；构建了视横波速度阈值比对与时序差分动态分析相结合的双重检测体系，有效区分了天然低速地质体与未充填采空区，解决了单一评价方法存在的多解性问题，大幅提高了注浆质量检测的准确率；本方法无需人工震源，施工安全高效、成本低，能够为煤矿采空区注浆治理工程的设计、施工与验收提供全面科学的技术支撑，保障煤矿安全生产。

44、本技术的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到。