一種黃土層中利用紫外光探測(cè)導(dǎo)水裂縫高度的方法
【專利說(shuō)明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及礦井水文地質(zhì)領(lǐng)域，尤其涉及一種黃土層中利用紫外光探測(cè)導(dǎo)水裂縫高度的方法，特別適用于陜北生態(tài)脆弱區(qū)淺埋厚煤層導(dǎo)水裂縫高度在黃土層中的探測(cè)方法。
【【背景技術(shù)】】
[0002]我國(guó)陜北地區(qū)煤炭資源豐富，但該區(qū)生態(tài)環(huán)境脆弱，煤層上覆普遍存在一重要含水層，與當(dāng)?shù)厣鷳B(tài)需水、生活供水及煤炭開(kāi)采水資源保護(hù)息息相關(guān)，煤層開(kāi)采后會(huì)在上覆巖層中產(chǎn)生裂縫，若溝通上覆含水層，則會(huì)將含水層中水導(dǎo)入礦井，即導(dǎo)水裂縫。如果含水層中水進(jìn)入礦井，一方面造成水害事故，一方面加大區(qū)域水資源保護(hù)的難度。
[0003]如何協(xié)調(diào)煤炭資源開(kāi)采、水資源保護(hù)、礦井安全這三者之間的平衡，確定導(dǎo)水裂縫高度至關(guān)重要，目前普遍認(rèn)為陜北地區(qū)煤炭資源開(kāi)采的導(dǎo)水裂縫已發(fā)育到地表，尚未提供可靠依據(jù)，因此，黃土層中的導(dǎo)水裂縫高度探測(cè)具有里程碑的意義。
[0004]目前，導(dǎo)水裂縫探測(cè)方法很多，應(yīng)用較多的有三種。
[0005]第一種為沖洗液消耗量探測(cè)法，這種方法主要是通過(guò)鉆孔中巖芯完整性狀況描述及循環(huán)的沖洗液消耗量的顯著變化來(lái)判定導(dǎo)水裂縫高度。
[0006]第二種是鉆孔電視法，這種方法主要是通過(guò)在地下鉆孔中放入防水?dāng)z像探管，在地面監(jiān)視器上觀察孔壁裂縫的發(fā)育形態(tài)來(lái)判定導(dǎo)水裂縫高度。
[0007]第三種是鉆孔電法，主要是通過(guò)測(cè)定地層通電后電阻率的變化來(lái)判定導(dǎo)水裂縫高度。
[0008]以上方法在黃土層探測(cè)中應(yīng)用較差，存在以下問(wèn)題:
[0009](1)鉆孔沖洗液在基巖中能夠觀測(cè)到漏失量的顯著變化，但在黃土中，由于沖洗液與黃土混合后具有隔水效果，沖洗液漏失量變化不顯著，無(wú)法準(zhǔn)確判定導(dǎo)水裂縫高度；
[0010](2)鉆孔電視在基巖中可以觀測(cè)到裂縫，但由于在黃土中鉆進(jìn)導(dǎo)水裂縫被本身充填，難以直接、清晰觀測(cè)到裂縫，無(wú)法判定導(dǎo)水裂縫帶高度；
[0011](3)在鉆孔電法實(shí)施過(guò)程中，由于黃土中泥餅的存在影響了電阻率的觀測(cè)，進(jìn)而影響了判定效果，另外，通過(guò)采集的電法數(shù)據(jù)反演而成的電剖面圖分析獲得導(dǎo)水裂縫高度，增加了判定誤差；
[0012](4)鉆孔電法操作復(fù)雜，線路接觸不良會(huì)導(dǎo)致探測(cè)失敗，數(shù)據(jù)無(wú)法顯示。
[0013]鑒于以上缺陷，實(shí)有必要提出一種黃土層中利用紫外光探測(cè)導(dǎo)水裂縫高度的方法，以克服上述技術(shù)問(wèn)題。
【
【發(fā)明內(nèi)容】
】
[0014]本發(fā)明為了解決上述問(wèn)題，提供一種黃土層中利用紫外光探測(cè)導(dǎo)水裂縫高度的方法，對(duì)鉆孔電視法進(jìn)行改善，以提高裂縫觀測(cè)的清晰度，為判定導(dǎo)水裂縫帶高度提供可靠保證。
[0015]—種黃土層中利用紫外光探測(cè)導(dǎo)水裂縫高度的方法，包括以下步驟:
[0016](1)在采空區(qū)上方布置導(dǎo)水裂縫高度探測(cè)鉆孔，以黃土層底界面為目標(biāo)層位進(jìn)行鉆孔，并取黃土樣，其中黃土樣按照距離煤層底板由近及遠(yuǎn)的順序進(jìn)行編號(hào)；
[0017](2)采集鉆孔內(nèi)壁的圖像A，以獲取鉆孔內(nèi)壁的裂縫發(fā)育狀態(tài)，對(duì)獲取的圖像按照距離煤層由近及遠(yuǎn)的順序存儲(chǔ)，分別為A1、A2……；
[0018](3)將步驟⑴獲得的黃土樣剖開(kāi)，采集該剖面的圖像B，對(duì)獲取的圖像按照距離煤層底板由近及遠(yuǎn)的順序存儲(chǔ)，分別為B1、B2……；
[0019](4)對(duì)步驟⑵和步驟(3)獲得的圖像A和B進(jìn)行后處理，處理后的圖像中黑色區(qū)域?yàn)榱芽p，分別從步驟(2)和步驟(3)后處理后的圖像中確定出距離煤層底板最遠(yuǎn)的裂縫發(fā)育圖像Ha、Hb;
[0020](5)同一鉆孔中的導(dǎo)水裂縫高度Η為H = max (HA，HB)。
[0021]步驟(1)中，布置導(dǎo)水裂縫高度探測(cè)鉆孔的要求為:鉆孔所在采空區(qū)范圍沿走向和傾向的長(zhǎng)度均大于50m，多個(gè)鉆孔的中心連線所形成的區(qū)域，距離回采工作面的始采線的最小距離為30米，距離回采工作面的終采線的最小距離15米，每個(gè)回采工作面布置的導(dǎo)水裂縫高度探測(cè)鉆孔數(shù)量至少為兩個(gè)。
[0022]所述導(dǎo)水裂縫高度探測(cè)鉆孔布置在回風(fēng)巷和運(yùn)輸巷以內(nèi)。
[0023]在步驟(1)的鉆孔過(guò)程中，首先以麻花鉆干鉆，當(dāng)鉆到黃土層時(shí)，采用含有熒光粉的清水循環(huán)雙層巖芯管取芯鉆進(jìn)，其中，熒光粉的濃度為1.04g/cm3?1.07g/cm3o
[0024]在步驟(1)的循環(huán)雙層巖芯管取芯鉆進(jìn)過(guò)程中，控制每個(gè)回次長(zhǎng)度小于4m，裂縫小于2m ο
[0025]黃土樣取樣時(shí)，黃土的取芯率大于等于60%。
[0026]采集鉆孔內(nèi)壁的圖像Α的具體方法是:將帶紫外光攝像頭的攝像探管從鉆孔內(nèi)逐漸放至孔底，通過(guò)攝像頭獲取每個(gè)深度的孔內(nèi)影像，從與攝像頭連接的監(jiān)視器內(nèi)觀測(cè)鉆孔壁的裂縫發(fā)育狀況。
[0027]所述步驟(2)和步驟(3)的圖像是采用相同技術(shù)參數(shù)的攝像頭獲取的。
[0028]所述紫外光的波長(zhǎng)為365nm?400nm，透射比T彡60 %。
[0029]所述紫外光的透射比為T(mén) = I/I。，I。是入射光的強(qiáng)度，I是透過(guò)光的強(qiáng)度。
[0030]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于:本發(fā)明首先在鉆孔過(guò)程中，提取黃土樣，然后將其剖開(kāi)，采集圖像，然后在鉆孔內(nèi)放入攝像設(shè)備，采集鉆孔內(nèi)的裂縫圖像，然后對(duì)該兩組圖像進(jìn)行處理后，取其最大者為該孔內(nèi)的導(dǎo)水裂縫高度。該方法簡(jiǎn)單易實(shí)施，可以規(guī)避黃土中泥餅對(duì)導(dǎo)水裂縫高度判定的影響，提高導(dǎo)水裂縫高度探測(cè)準(zhǔn)確率。
【【附圖說(shuō)明】】
[0031]圖1為本發(fā)明的流程圖；
[0032]圖2為本發(fā)明的導(dǎo)水裂縫高度探測(cè)鉆孔布置示意圖；
[0033]圖3為紫外光攝像頭構(gòu)造圖；
[0034]圖4為紫外光譜圖；
[0035]圖5為MATLAB軟件處理前、后的圖像，其中，圖(a)為處理前的圖像，圖(b)為處理后的圖像。
[0036]圖中:1 一始米線；2 —回風(fēng)巷；3—運(yùn)輸巷；4一終米線；5—紫外光；6—攝像頭；7一攝像探管；8 —電纜線；9一監(jiān)視器。
【【具體實(shí)施方式】】
[0037]如圖1所示，一種黃土層中利用紫外光探測(cè)導(dǎo)水裂縫高度的方法，包括下述步驟:
[0038]步驟一:導(dǎo)水裂縫高度探測(cè)鉆孔的布置。在煤炭開(kāi)采后的采空區(qū)上方施工導(dǎo)水裂縫高度探測(cè)鉆孔，其位置需滿足要求，即鉆孔所在采空區(qū)范圍沿走向和傾向的長(zhǎng)度均大于50m，鉆孔距回采工作面的始采線1的最小距離1^>30πι，距終采線4的最小距離L2>15m (是否是最小距離，請(qǐng)確認(rèn)并核實(shí))，且導(dǎo)水裂縫高度探測(cè)鉆孔處于回風(fēng)巷2和運(yùn)輸巷3以內(nèi)。一個(gè)回采工作面，導(dǎo)水裂縫高度探測(cè)鉆孔數(shù)量多2。
[0039]步驟二:導(dǎo)水裂隙高度探測(cè)鉆孔在黃土層中施工至黃土層底界面。在黃土層中施工，鉆孔傾角<3°，鉆進(jìn)過(guò)程中攜帶含有熒光粉的清水，目標(biāo)層位為黃土層底界面。成孔工藝為:首先，鉆孔以91mm?108mm的孔徑開(kāi)孔，開(kāi)孔要求采用麻花鉆干鉆，當(dāng)鉆進(jìn)到黃土層時(shí)，采用含有熒光粉的清水循環(huán)雙層巖芯管取芯鉆進(jìn)，熒光粉的濃度控制范圍為1.04g/cm3?1.07g/cm3，并控制每個(gè)回次長(zhǎng)度< 4m，裂縫< 2m。然后，將取得的黃土樣按照距離煤層底板的距離由近及遠(yuǎn)編號(hào)，黃土樣高度為10cm?40cm，黃土的取芯率多60%。
[0040]步驟三:帶紫外光攝像頭進(jìn)行鉆孔內(nèi)孔壁觀測(cè)。請(qǐng)?zhí)貏e參閱圖3所示，所示帶紫外光攝像頭包括攝像探管7，該攝像探管的末端為攝像頭，且該攝像探管連接有紫外光。該帶紫外光攝像頭通過(guò)電纜線8與地面的監(jiān)視器連接，以便觀測(cè)裂縫發(fā)育狀況。具體操作為:將帶紫外光攝像頭從孔口逐漸放至孔底，同時(shí)通過(guò)攝像頭6獲取每個(gè)深度的孔內(nèi)圖像A，從地面的監(jiān)視器9中觀測(cè)鉆孔內(nèi)孔壁的裂縫發(fā)育狀況，紫外光5可優(yōu)化孔內(nèi)攝像環(huán)境，輔助光源照度，增加所攝圖像的清晰度。對(duì)獲取的圖像按照距煤層由近及遠(yuǎn)的順序進(jìn)行存儲(chǔ)，并編號(hào)Al、A2、A3......。
[0041]步驟四:進(jìn)行步驟二所取黃土樣剖面涂熒光粉觀測(cè)。將步驟(二)所取的黃土樣采用切土刀從中間剖開(kāi)，并采用與步驟三相同技術(shù)參數(shù)的攝像頭拍攝剖面，得到圖像B，拍攝順序按照距離煤層底板獲得導(dǎo)水裂縫高度圖像。對(duì)獲取的圖像按照距煤層由近及遠(yuǎn)的順序進(jìn)行存儲(chǔ)，并編號(hào)Bl、B2、B3……。
[0042]熒光粉特征如下:
[0043]熒光粉類型選用光致儲(chǔ)能型，發(fā)光時(shí)間t彡12h，密度P為3.6?4g/cm3，發(fā)光顏色為白色。無(wú)毒無(wú)害、無(wú)放射，對(duì)環(huán)境無(wú)污染，化學(xué)穩(wěn)定性好，厚度Η彡130um。
[0044]紫外光特征如下:
[0045]波長(zhǎng)λ為365nm?400nm，透射比T彡60%，T = I/I。，I。是入射光的強(qiáng)度，I是透過(guò)光的強(qiáng)度。紫外光譜如圖4。
[0046]攝像頭6特征如下:
[0047]彩色低照度0.0004LUX?0.1LUX，像素彡800萬(wàn)，360°全景，防水。
[0048]步驟五:對(duì)步驟三和步驟四所獲取的圖像A、B進(jìn)行后處理。采用MATLAB軟件的圖像處理功能，將步驟三和步驟四的圖像進(jìn)行處理，軟件處理經(jīng)過(guò)圖像灰度化、中值濾波、圖像二值化及平滑處理得到增強(qiáng)低灰度圖、中值濾波后圖、二進(jìn)制圖及平滑處理后的圖，最終獲得處理后的圖像，其中異常區(qū)域即圖5中黑色區(qū)域?yàn)榱芽p，從步驟三和