坚硬煤层弱化评价方法、评价装置及检测系统与流程

1.本发明涉及煤矿开采技术领域，尤其涉及一种坚硬煤层弱化评价方法、评价装置及检测系统。


背景技术：

2.当在煤矿开采中遇到厚度较大的煤层时，常采用机械化放顶煤开采的方法，而顶部的煤层往往为完整、致密、不容易破碎的坚硬煤层，回采时不易断裂破碎，采出的煤块体积较大，不利于运输也不安全，为了提高煤炭回采率，往往需要通过人工对顶部煤层进行弱化，常用的弱化方法有炸药爆破、水力压裂、机械振动等，通过弱化后使顶煤内部产生大量弱化结构面，以降低煤层强度，提高采收率。
3.但是在现有的煤矿开采中，对煤层进行弱化后难以对煤层弱化的效果进行检测评价，即难以得知煤层弱化后拓展了多少弱化结构面、结构面拓展到什么位置、能否满足放顶煤的要求，导致煤层弱化技术实施后难以获得实施效果反馈，不利于坚硬煤层弱化技术的研究和工程实施。


技术实现要素：

4.本发明提供一种坚硬煤层弱化评价方法、评价装置及检测系统，用以解决现有技术中难以对煤层弱化的效果进行检测评价导致煤层弱化技术实施后难以获得实施效果反馈，不利于坚硬煤层弱化技术的研究和工程实施，实现对坚硬煤层弱化后弱化结构面扩展发育的范围和程度进行综合评价，实现对坚硬煤层弱化效果进行科学有效地评价。
5.本发明提供一种坚硬煤层弱化评价方法，包括：
6.获取坚硬煤层弱化前的电磁波衰减系数；
7.获取坚硬煤层弱化后的电磁波衰减系数；
8.将坚硬煤层弱化前的电磁波衰减系数与坚硬煤层弱化后的电磁波衰减系数进行对比分析，得到坚硬煤层弱化效果评价。
9.根据本发明提供的一种坚硬煤层弱化评价方法，所述获取坚硬煤层弱化前的电磁波衰减系数，包括：
10.向坚硬煤层施工两个或两个以上的探测钻孔；
11.安装电磁波探测仪器设备；
12.通过电磁波探测仪器设备采集探测钻孔内多个高度位置的电磁波衰减数据。
13.根据本发明提供的一种坚硬煤层弱化评价方法，所述获取坚硬煤层弱化后的电磁波衰减系数，包括，在坚硬煤层弱化后，重复实施以下步骤：
14.向坚硬煤层施工两个或两个以上的探测钻孔；
15.安装电磁波探测仪器设备；
16.通过电磁波探测仪器设备采集探测钻孔内多个高度位置的电磁波衰减数据。
17.根据本发明提供的一种坚硬煤层弱化评价方法，所述将坚硬煤层弱化前的电磁波
衰减系数与坚硬煤层弱化后的电磁波衰减系数进行对比分析，包括：
18.根据坚硬煤层弱化前后的电磁波衰减系数变化特征，对坚硬煤层弱化区域进行定性分区分类并进行分析计算，进而获取坚硬煤层弱化区域中的弱化有效区域面积；
19.将坚硬煤层弱化有效区域面积与坚硬煤层弱化区域总面积进行对比分析，获得坚硬煤层弱化的拓展范围，实现对坚硬煤层弱化的定性评价。
20.根据本发明提供的一种坚硬煤层弱化评价方法，所述将坚硬煤层弱化前的电磁波衰减系数与坚硬煤层弱化后的电磁波衰减系数进行对比分析，包括，根据坚硬煤层弱化前后弱化区域空间内各点的电磁波衰减系数，计算得到坚硬煤层弱化的发育程度，实现对坚硬煤层弱化的定量评价。
21.本发明还提供的一种坚硬煤层弱化评价装置，包括：
22.第一获取模块，用于获取坚硬煤层弱化前的电磁波衰减系数；
23.第二获取模块，用于获取坚硬煤层弱化后的电磁波衰减系数；
24.对比分析模块，用于将坚硬煤层弱化前的电磁波衰减系数与坚硬煤层弱化后的电磁波衰减系数进行对比分析，得到坚硬煤层弱化效果评价。
25.本发明还提供的一种坚硬煤层弱化检测系统，包括有地下电磁波探测模块和分析模块，所述地下电磁波探测模块包括有电磁波发射组件、电磁波接收组件、控制组件，所述电磁波发射组件与所述控制组件电连接，所述电磁波发射组件用于发射电磁波，所述电磁波接收组件与所述控制组件电连接，所述电磁波接受模块用于接收所述电磁波发射组件发出的电磁波，所述控制组件与所述分析模块电连接，所述控制组件用于将所述电磁波接收组件接收的电磁波信号传输给所述分析模块，所述分析模块用于对电磁波信号进行储存分析。
26.根据本发明提供的一种坚硬煤层弱化检测系统，所述电磁波发射组件包括有发射机和第一推送杆，所述发射机与所述控制模块电连接，所述发射机固定安装在所述第一推送杆的一端上。
27.根据本发明提供的一种坚硬煤层弱化检测系统，所述电磁波接收组件包括有接收机和第二推送杆，所述接收机与所述控制模块电连接，所述接收机固定安装在所述第二推送杆的一端上。
28.根据本发明提供的一种坚硬煤层弱化检测系统，所述第一推送杆和所述第二推送杆上均设置有多个间隔均匀的标记线。
29.根据本发明提供的一种坚硬煤层弱化评价方法、评价装置及检测系统，通过探测获取坚硬煤层弱化前后的电磁波衰减系数，然后通过对坚硬煤层弱化前后的电磁波衰减系数的对比分析即可得知，坚硬煤层弱化区域内具体什么位置的电磁波衰减系数上升了以及上升了多少，进而可以得知坚硬煤层弱化的有效弱化区域以及弱化的程度，实现了对坚硬煤层弱化的有效弱化的范围和程度进行综合评价，对坚硬煤层弱化后弱化结构面扩展发育的范围和程度进行综合评价，实现对坚硬煤层弱化效果进行科学有效地评价。
附图说明
30.为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一
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。
31.图1是本发明提供的坚硬煤层弱化评价方法的流程图之一；
32.图2是本发明提供的坚硬煤层弱化评价方法的流程图之二；
33.图3是本发明提供的坚硬煤层弱化评价方法的弱化工程结构面发育程度指标r
c
的计算公式；
34.图4是本发明提供的坚硬煤层弱化评价方法的弱化工程结构面扩展范围指标值rs评价结果取值表；
35.图5是本发明提供的坚硬煤层弱化评价方法的弱化工程结构面发育程度指标r
c
评价结果取值表；
36.图6是本发明提供的坚硬煤层弱化评价装置的原理图；
37.图7是本发明提供的坚硬煤层弱化检测系统的原理图；
38.图8是本发明提供的坚硬煤层弱化检测系统的结构示意图之一；
39.图9是本发明提供的坚硬煤层弱化检测系统的结构示意图之二；
40.附图标记：
41.301：第一获取模块；
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302：第二获取模块；
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303：对比分析模块；
42.401：分析模块；
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402：电磁波发射组件； 403：电磁波接收组件；
43.404：控制组件；
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405：发射机；
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406：第一推送杆；
44.407：接收机；
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408：第二推送杆；
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409：标记线。
具体实施方式
45.为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
46.下面结合图1
‑
9描述本发明的坚硬煤层弱化评价方法、评价装置及检测系统。
47.如附图1所示，坚硬煤层弱化评价方法，包括有：
48.101、获取坚硬煤层弱化前的电磁波衰减系数；
49.102、获取坚硬煤层弱化后的电磁波衰减系数；
50.103、将坚硬煤层弱化前的电磁波衰减系数与坚硬煤层弱化后的电磁波衰减系数进行对比分析，得到坚硬煤层弱化效果评价。
51.在使用时，在对坚硬煤层进行弱化前，先对坚硬煤层弱化区域空间的不同高度的位置的电磁波衰减系数进行探测，然后在坚硬煤层弱化后，再次对坚硬煤层弱化区域空间的不同高度的位置的电磁波衰减系数进行探测，进而获取到坚硬煤层弱化前后的电磁波衰减系数，然后通过对坚硬煤层弱化前后的电磁波衰减系数的对比分析即可得知，坚硬煤层弱化区域内具体什么位置的电磁波衰减系数上升了以及上升了多少，而电磁波衰减系数产生变化的主要原因是：对坚硬煤层进行弱化后，弱化区域内会产生结构面将增多，结构面的发育程度和范围均增大，当电磁波传播至该区域时会产生更强烈的反射和折射，电磁波能量损耗增大，进而导致该区域内电磁波衰减系数上升，且电磁波衰减系数上升变化的范围
和程度主要取决于弱化工程具体施工技术参数，即弱化工程前后电磁波衰减系数上升的区域就是弱化有效区域，将弱化工程前后的电磁波衰减系数进行对比计算即可得知电磁波衰减系数的上升幅度，电磁波衰减系数上升幅度的大小即代表着坚硬煤层弱化的程度，进而实现了对坚硬煤层弱化的有效弱化的范围和程度进行综合评价，对坚硬煤层弱化后弱化结构面扩展发育的范围和程度进行综合评价，实现对坚硬煤层弱化效果进行科学有效地评价。
52.其中，如附图2所示，步骤101具体包括以下步骤：
53.201、向坚硬煤层施工两个或两个以上的探测钻孔；
54.202、安装电磁波探测仪器设备；
55.203、通过电磁波探测仪器设备采集探测钻孔内多个高度位置的电磁波衰减数据。在使用时，在对坚硬煤层进行弱化前，在坚硬煤层中施工两个或多个钻孔，并将钻孔分为信号发射钻孔和信号接收钻孔，孔间覆盖区域为弱化工程效果评价区域，然后将电磁波探测仪器的发射端和接收端分别放入信号发射钻孔和信号接收钻孔，并使得电磁波探测仪器的发射端和接收端位于同一高度，电磁波探测仪器开始对弱化评价区域进行探测，将电磁波探测仪器的发射端和接收端同步向孔外撤出，且每隔一段距离，就进行一个电磁波发射和接收，进而实现了对坚硬煤层弱化区域内多个高度位置的电磁波衰减数据的采集，从而获取到坚硬煤层弱化前的电磁波衰减系数。
56.其中，步骤102具体包括以下步骤：在坚硬煤层弱化后，对坚硬煤层重复实施步骤201、步骤202和步骤203。在使用时，在对坚硬煤层进行弱化后，再次在坚硬煤层上打孔、安装电磁波探测仪器设备，并采集弱化后的坚硬煤层弱化区域内多个高度位置的电磁波衰减数据，进而得到坚硬煤层弱化后的电磁波衰减系数。
57.其中，步骤103具体包括以下步骤：
58.根据坚硬煤层弱化前后的电磁波衰减系数变化特征，对坚硬煤层弱化区域进行定性分区分类并进行分析计算，进而获取坚硬煤层弱化区域中的弱化有效区域面积；
59.将坚硬煤层弱化有效区域面积与坚硬煤层弱化区域总面积进行对比分析，获得坚硬煤层弱化的拓展范围，实现对坚硬煤层弱化的定性评价。
60.在使用时，根据坚硬煤层弱化前后的电磁波衰减系数变化，将坚硬煤层弱化区域进行划分，其中，弱化前电磁波衰减系数上升的区域为原生结构面发育区d，弱化工程后电磁衰减系数上升幅度和范围较大的区域为弱化工程结构面主要扩展发育区a，在原生结构面发育区d处与原生结构面发育区d沟通发育的弱化工程结构面为沟通发育扩展区b，即沟通发育拓展区b的区域面积包括了原生结构面发育区d的区域面积，弱化工程后电磁衰减系数上升幅度和范围较小的区域为弱化工程结构面次要扩展发育区c，弱化工程后电磁衰减系数相对增大区域为弱化工程影响作用有效区域e；其中e＝a c (b
‑
d)。
61.然后将弱化工程结构面扩展范围指标定义为rs，rs＝s
e
/s0＝(s
a
s
c
(s
b
‑
s
d
))/s0，其中，s0为探测评价区域的总面积，s
e
为弱化工程有效区域面积；s
a
、s
b
、s
c
、s
d
分别为弱化工程结构面主要扩展发育区、沟通发育扩展区、次要扩展发育区和原生结构面发育区的面积，单位为cm2，则通过计算即可得到弱化工程结构面扩展范围指标值rs为多少，然后参照如图4所示的弱化工程结构面扩展范围指标值rs评价结果取值表对坚硬煤层弱化的有效拓展范围进行评价，进而实现了弱化工程对结构面发育范围的定性评价，有效排除了坚硬煤层原
生结构面、水和瓦斯等因素对探测结果的影响，真实准确地反映了弱化工程对坚硬煤层结构面发育的作用效果。
62.其中，步骤103还包括有以下步骤：
63.根据坚硬煤层弱化前后弱化区域空间内各点的电磁波衰减系数，计算得到坚硬煤层弱化的发育程度，实现对坚硬煤层弱化的定量评价。在使用时，将弱化工程结构面发育程度指标定义为r
c
，然后根据如图3所示的r
c
计算公式，计算出r
c
的值，其中，β
i
为弱化工程施工后坚硬煤层各空间采集点的电磁波衰减系数，单位为db/m；β0弱化工程施工前坚硬煤层各空间采集点的电磁波衰减系数，单位为db/m，然后再参照如图5所示的弱化工程结构面发育程度指标r
c
评价结果取值表，得到弱化工程对结构面扩展发育程度作用效果的评价结果，实现了弱化工程对结构面发育程度的定量评价。
64.另一方面，如附图6所示，本发明还提供一种坚硬煤层弱化评价装置，包括有：
65.第一获取模块301，用于获取坚硬煤层弱化前的电磁波衰减系数；
66.第二获取模块302，用于获取坚硬煤层弱化后的电磁波衰减系数；
67.对比分析模块303，用于将坚硬煤层弱化前的电磁波衰减系数与坚硬煤层弱化后的电磁波衰减系数进行对比分析，得到坚硬煤层弱化效果评价。在使用时，通过对比分析模块303将第一获取模块301和第二获取模块302获取到的弱化工程前后的电磁波衰减系数进行对比计算即可得知电磁波衰减系数上升区域以及上升幅度，电磁波衰减系数上升幅度的大小即代表着坚硬煤层弱化的程度，进而实现了对坚硬煤层弱化的有效弱化的范围和程度进行综合评价，对坚硬煤层弱化后弱化结构面扩展发育的范围和程度进行综合评价，实现对坚硬煤层弱化效果进行科学有效地评价。
68.另一方面，如附图7所示，本发明还提供一种坚硬煤层弱化检测系统，包括有地下电磁波探测模块和分析模块401。
69.具体来说，地下电磁波探测模块包括有电磁波发射组件402、电磁波接收组件403、控制组件404，电磁波发射组件402与控制组件404电连接，电磁波发射组件402用于发射电磁波，电磁波接收组件403与控制组件404电连接，电磁波接受模块用于接收电磁波发射组件402发出的电磁波，控制组件404与分析模块401电连接，控制组件404用于将电磁波接收组件403接收的电磁波信号传输给分析模块401，分析模块401用于对电磁波信号进行储存分析。
70.在使用时，在坚硬煤层弱化前，在待检测的坚硬煤层处进行施工钻孔，得到两个探测钻孔，然后将电磁波发射组件402和电磁波接收组件403分别放置到两个探测钻孔内，并使得电磁波发射组件402和电磁波组件位于同一高度，然后电磁波发射组件402开始往电磁波接收组件403处发射电磁波，电磁波经过坚硬煤层检测区域后到达电磁波接收组件403处被电磁波接收组件403接收，然后电磁波接收组件403将接收到的电磁波信号传输给控制组件404，控制组件404将电磁波信号传输给分析模块401，分析模块401将电磁波信号进行存储分析得到电磁波衰减系数，然后将电磁波发射组件402和电磁波接收组件403逐次向上移动相同的距离后再次对坚硬煤层进行探测并将探测信号传输给分析模块401进行存储分析，进而得到了坚硬煤层弱化前的弱化区域空间各个点位的电磁波衰减系数，然后再坚硬煤层弱化后，再次对坚硬煤层进行上述操作，进而得到坚硬煤层弱化后的弱化区域空间各个点位的电磁波衰减系数，然后将坚硬煤层弱化前的电磁波衰减系数和坚硬煤层弱化后的
电磁波衰减系数进行对比分析即可得知，坚硬煤层的弱化区域内什么位置的电磁波衰减系数上升了以及电磁波衰减系数上升了多少，由于坚硬煤层弱化后探测区域内结构面将增多，结构面的发育程度和范围均增大，当电磁波传播至该区域时会产生更强烈的反射和折射、能量损耗增大，进而导致该探测区域内电磁波衰减系数上升，则电磁波衰减系数上升的区域即是坚硬煤层弱化的有效区域，则电磁波衰减系数的大小变化代表着坚硬煤层的弱化程度，进而实现了对坚硬煤层弱化后的弱化结构面扩展发育的范围和程度进行综合评价，实现对坚硬煤层弱化效果进行科学有效地评价。
71.其中，在本发明的可选实施例中，地下电磁波探测模块例如为jw
‑
6型地下电磁波ct系统，但是应当了解，其他任何适当的设备或系统也可以作为地下电磁波探测模块。
72.其中，在本发明的可选实施例中，分析模块401例如为频谱分析仪，但是应当了解，其他任何合适的分析仪也可以作为分析模块401。
73.进一步的，如附图8所示，电磁波发射组件402包括有发射机405和第一推送杆406，发射机405与控制模块电连接，发射机405固定安装在第一推送杆406的一端上。在使用时，通过抓握第一推送杆406的另一端，将第一推送杆406的一端插入探测钻孔，使得发射机405随着移动到探测钻孔底部，然后通过对第一推送杆406施加一个外力，使得第一推送杆406上的发射机405间隔上移相同的距离，使得发射机405每隔相同的距离就对坚硬煤层发射电磁波信号。
74.进一步的，如附图9所示，电磁波接收组件403包括有接收机407和第二推送杆408，接收机407与控制模块电连接，接收机407固定安装在第二推送杆408的一端上。在使用时，通过抓握第二推送杆408的另一端，将第二推送杆408的一端插入探测钻孔，使得接收机407随着移动到探测钻孔底部，然后通过对第二推送杆408施加一个外力，使得第二推送杆408上的接收机407间隔上移相同的距离，使得接收机407与发射机405保持在同一高度，保证了检测的准确性。
75.进一步的，如附图8和附图9所示，第一推送杆406和第二推送杆408上均设置有多个间隔均匀的标记线409。在使用时，通过观察标记线409，即可准确判断第一推送杆406和第二推送杆408上移的距离，保证了第一推送杆406上的发射机405和第二推送杆408上的接收机407始终位于同一高度，保证了检测的准确性。
76.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。