CN109611143A - 顶板水压致裂多参量综合监测系统及致裂效果判别方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了顶板水压致裂多参量综合监测系统及致裂效果判别方法，涉及采矿工程技术领域，解决了观测顶板水压致裂效果并确定压裂范围的技术问题，监测设备包括钻孔应力计、锚杆锚索测力计、钻孔窥视仪、顶板监测仪、支架阻力测站、微震测站和围岩变形测站，钻孔应力计设置在回采巷道内，锚杆锚索测力计设置在水压致裂位置周围10m的范围内，钻孔窥视仪包括窥视探头、数据采集仪、位移感应器、盘线圈和延长杆，监测水压致裂范围内的水压致裂前后钻孔裂隙发育状态、巷道变形位移量、微震事件、支架阻力和巷道围岩应力变化判断水压致裂效果和致裂范围，多参量综合监测的可靠性高，水压致裂效果判断准确，还能避免顶板动力灾害保证开采安全。

Description

顶板水压致裂多参量综合监测系统及致裂效果判别方法

技术领域

本发明涉及采矿工程技术领域，尤其是一种顶板水压致裂的多参量综合监测系统以及水压致裂效果判别的方法。

背景技术

随着我国煤矿开采矿井逐渐向深部发展，由于深部力学环境复杂和煤岩力学性质发生改变，使得煤矿顶板动力灾害发生的强度和频次明显增加。据统计，在煤矿发生的各类事故中，顶板事故数量及死亡人数所占比例较大，是煤矿事故中的重点防治对象。随着井下采场范围的增大，煤层上方的坚硬顶板如不能随工作面推进而及时垮落，其在工作面后方悬露顶板岩层或侧向采空区侧的坚硬顶板，在上覆岩层自重应力及采动应力作用下发生弯曲变形并积聚能量。当这些弹性能参与到煤层破坏失稳过程中，会导致破碎的煤层具有更多的动能，进而致使煤层冲击危险加大。在这种条件下，如果能够及时改变顶板积聚能量的条件或破坏其连续传递能量的能力，即可降低顶板动压灾害的危险。针对煤层上覆坚硬顶板的弱化治理技术，主要有深孔爆破技术和顶板水力压裂技术两种。其中，顶板深孔卸压爆破技术只能在低瓦斯区域使用，并且存在深孔装药、封孔等工艺难度较大、瞎炮难以处理等制约因素；而顶板水力压裂技术其现场施工设计参数可通过数值模拟和理论计算获得，但压裂的裂纹扩展情况、应力转移规律等压力参数难以获得，进而顶板水力压裂卸压效果评价无法开展。因此为了更好的对评估顶板水压致裂的效果，优化水压致裂技术参数，需要对现有的监测方法做进一步的改进。

发明内容

为解决可靠的顶板水压致裂效果监测的技术问题，本发明提供了一种顶板水压致裂多参量综合监测系统及致裂效果判别方法，具体技术方案如下。

一种顶板水压致裂多参量综合监测系统，监测设备包括钻孔应力计、锚杆锚索测力计、钻孔窥视仪、顶板监测仪、支架阻力测站、微震测站和围岩变形测站；所述水压致裂孔的中间的位置设置观测孔；所述钻孔应力计设置在回采巷道内，在水压致裂孔两侧的巷道内分别设置钻孔应力计；所述锚杆锚索测力计设置在水压致裂孔两侧的回采巷道内；所述钻孔窥视仪包括窥视探头、数据采集仪、位移感应器、盘线圈和延长杆；所述顶板监测仪设置在回采巷道内，顶板监测仪监测顶板的顶板离层量和顶板下沉量；所述支架阻力测站包括在工作面内的支架上间隔设置测点；所述微震测站包括全矿井微震监测系统和区域微震监测系统；所述围岩变形测站设置在回采巷道内，监测回采巷道的围岩变形量。

优选的是，钻孔窥视仪的窥视探头设置在延长杆的端部，多个延长杆通过螺纹连接组合加长；所述窥视探头和位移传感器通过数据线和数据采集仪相连；所述盘线圈设置在数据线上，用于收纳数据线；所述数据采集仪记录沿水压致裂孔长度方向上的裂隙。

还优选的是，水压致裂孔两侧20～30m范围内分别设置钻孔应力计；所述锚杆锚索测力计设置在水压致裂孔两侧10m的回采巷道内；顶板监测仪监测顶板至少6m范围内的顶板离层量；所述支架阻力测站包括在工作面内每隔5～8个支架设置一个测点。

还优选的是，锚杆锚索测力计至少4个组成一个监测点，每个监测点的锚杆锚索测力计在巷道顶板上呈“十”字形安装。

优选的是，回采巷道包括回风顺槽和运输顺槽；所述顶板监测仪包括在回采巷道顶板上设置的两个顶板离层监测仪，所述顶板监测仪还包括在分别设置在回采巷道上的顶板下沉量监测仪。

一种顶板水压致裂效果的多参量综合判别方法，利用上述一种顶板水压致裂多参量综合监测系统，步骤包括：

步骤一.使用钻孔窥视仪观测顶板水压致裂孔内的沿水压致裂孔长度方向上的裂纹形态和尺寸；

步骤二.在水压致裂孔两侧的回采巷道内安装钻孔应力计和锚杆锚索测力计；在回采巷道内安装顶板监测仪；在工作面支架上间隔布置支架阻力监测点形成支架阻力测站；在回采巷道内设置区域微震测站；在回采巷道内布置围岩变形测站；同时记录初始监测数据；

步骤三.顶板水压致裂施工，记录水压致裂的泵送压力和流量；

步骤四.施工后获取钻孔应力计监测的应力值，锚杆锚索测力计监测的锚杆锚索受力大小，钻孔窥视仪观测的水压致裂孔长度方向上的裂纹形态和尺寸，顶板监测仪监测的顶板离层量和顶板下沉量，支架阻力测站监测的支架工作阻力，微震测站监测的微震事件，围岩变形测站监测的巷道顶底板及两帮的变形量；

步骤五.根据步骤四的监测结果判别水压致裂的卸压效果，确定顶板水压致裂半径。

进一步优选的是，步骤一中对水压致裂孔长度方向上的裂隙发育程度进行观测，包括观测压裂段是否有裂缝，避免造成封孔器的损伤；标定水压致裂前水压致裂孔内裂隙的形态和尺寸，与水压致裂压裂施工后钻孔窥视仪观测的结果进行对比。

进一步优选的是，步骤三中水压致裂施工使用乳化液作为压裂液；在相邻的水压致裂孔的中点位置设置观测孔，当观测孔内流出乳化液时说明顶板内两个水压致裂孔之间的裂隙已经贯通，确定顶板水压致裂半径为观测孔至水压致裂孔之间的距离。

进一步优选的是，步骤五中钻孔应力计监测的应力值越大表明巷道应力集中，顶板水压致裂的效果越差；锚杆锚索测力计监测的锚杆锚索应力增量越小，则顶板水压致裂的效果越好；钻孔窥视仪水压致裂前后的观测结果进行对比，裂隙发育越好、槽口越明显，则顶板水压致裂的效果越好；顶板监测仪监测的顶板离层量越小，顶板下沉越缓慢，则顶板水压致裂的效果越好；工作面来压时非压裂段的支架工作阻力大于压裂段的工作阻力，非压裂段的动载系数大于压裂段的动载系数；微震测站监测的微震事件数量越少，则顶板水压致裂的效果越好；围岩变形测站监测的巷道顶底板及两帮的变形量越小，则反应顶板水压致裂的效果越好。

本发明的有益效果包括：

(1)顶板水压致裂多参量综合监测系统以顶板水压孔内裂隙扩展直观监测水压致裂效果，巷道围岩应力状态监测数据作为间接观测手段，通过对比压裂前后巷道围岩的应力、能量以及位移变化综合评价水压致裂的卸压效果。通过对比压裂前后钻孔内裂隙扩展情况、钻孔应力、微震事件、顶板离层量、巷道锚杆锚索应力以及巷道围岩变形量的多参量参数，综合判断水压致裂施工效果，从而能够优化水压致裂的施工参数，并有效防治冲击地压顶板动力灾害。

(2)该方法具有直观性、多样性和可靠性的特点，采用钻孔应力计、锚杆锚索测力计、钻孔窥视仪、顶板监测仪、支架阻力测站、微震测站和围岩变形测站综合监测的方法，有效解决了煤矿井下顶板深孔监测困难的问题，当其中一种或两种监测不能实施时，采用其他的监测手段进行替代，突破了水压裂卸压效果难以评估的技术瓶颈，为我国煤矿顶板动力灾害的有效防治提供了有效的技术支撑。

(3)顶板水压致裂多参量综合监测系统结合水压致裂效果判断方法，实现了对水压致裂过程的综合监测和判断，根据监测数据还可以分析水压致裂的机理，从而优化水压致裂的施工流程，保证施工安全，根据水压致裂效果的判断指导水压致裂的施工。

附图说明

图1是顶板水压致裂多参量综合监测系统布置示意图；

图2是煤层柱状图；

图3是水压致裂钻孔结构示意图；

图4是钻孔窥视仪观测结构示意图；

图5是钻孔应力计监测结果示意图；

图6是锚杆锚索测力计安装结构示意图；

图7是锚索压裂区段和非压裂区段监测数据曲线图；

图8是锚杆压裂区段和非压裂区段监测数据曲线图；

图9是顶板监测仪安装位置结构示意图；

图10是浅部离层监测结果示意图；

图11是深部离层监测结果示意图；

图中：1-钻孔应力计；21-锚杆测力计；22-锚索测力计；3-钻孔窥视仪；4-顶板监测仪；5-支架阻力测站；6-微震测站；7-围岩变形测站。

具体实施方式

结合图1至图11所示，本发明提供的一种顶板水压致裂多参量综合监测系统及致裂效果判别方法的具体实施方式如下。

实施例1

一种顶板水压致裂多参量综合监测系统，如图1所示，该系统的监测设备可以包括钻孔应力计1、锚杆测力计21、锚索测力计22、钻孔窥视仪3、顶板监测仪4、支架阻力测站5、微震测站6和围岩变形测站7，也可以根据现场实际情况选择钻孔窥视仪和其他2种以上的组合监测设备进行综合监测。钻孔应力计1设置在回采巷道内，水压致裂孔两侧20～30m范围内分别设置钻孔应力计，用于监测水压致裂区域和非水压致裂区域内回采巷道围岩的应力大小和应力集中状态。锚杆锚索测力计设置在水压致裂孔两侧10m的回采巷道内，用于监测水压致裂区域和非水压致裂区域的锚杆锚索受力情况，包括锚杆测力计21和锚索测力计22。钻孔窥视仪3分别观测水压致裂孔水压致裂施工前后水压致裂钻孔内的裂隙发育情况。顶板监测仪设置在回采巷道内，顶板监测仪4监测顶板至少6m范围内的顶板离层量，以及巷道的顶板下沉量。支架阻力测站5包括在工作面内间隔设置测点，支架阻力测站包括在工作面内每隔5～8个支架设置一个测点，用于监测支架的支护阻力和动载系数。微震测站6包括全矿井微震监测系统和区域微震监测系统，区域微震监测系统包括回采巷道内布置的多个微震测点，全矿井微震监测系统和区域微震监测系统相互配合监测受水压致裂影响的顶板微震事件数量和位置。围岩变形测站7设置在回采巷道内，监测回采巷道的围岩变形量，分别监测记录水压致裂区域和非水压致裂区域的巷道围岩变形量尤其是两帮和底鼓的变形量。

钻孔窥视仪包括窥视探头31、数据采集仪32、位移感应器33、盘线圈34和延长杆35，其中钻孔窥视仪的窥视探头设置在延长杆的端部，多个延长杆通过螺纹连接组合加长，窥视探头和位移传感器通过数据线和数据采集仪相连，盘线圈设置在数据线上，用于收纳数据线；数据采集仪记录沿水压致裂孔长度方向上的裂隙。锚杆锚索测力计至少4个组成一个监测点，每个监测点的锚杆锚索测力计在巷道顶板上呈“十”字形安装。顶板监测仪包括在回采巷道顶板上设置的两个顶板离层监测仪，顶板监测仪还包括在分别设置在回采巷道上的顶板下沉量监测仪。其中，上述的回采巷道包括回风顺槽和运输顺槽。

顶板水压致裂多参量综合监测系统以顶板水压孔内裂隙扩展直观监测水压致裂效果，巷道围岩应力状态监测数据作为间接观测手段，通过对比压裂前后巷道围岩的应力、能量以及位移变化综合评价水压致裂的卸压效果。通过对比压裂前后钻孔内裂隙扩展情况、钻孔应力、微震事件、顶板离层量、巷道锚杆锚索应力以及巷道围岩变形量的多参量参数，综合判断水压致裂施工效果，从而能够优化水压致裂的施工参数，并有效防治冲击地压顶板动力灾害。

一种顶板水压致裂效果的多参量综合判别方法，利用上述顶板水压致裂多参量综合监测系统，步骤包括：

步骤一.使用钻孔窥视仪观测顶板水压致裂孔内的沿水压致裂孔长度方向上的裂纹形态和尺寸。对水压致裂孔长度方向上的裂隙发育程度进行观测，包括观测压裂段是否有裂缝，避免造成封孔器的损伤。标定水压致裂前水压致裂孔内裂隙的形态和尺寸，待与水压致裂压裂施工后，与施工后的钻孔窥视仪观测的结果进行对比。

步骤二.在水压致裂孔两侧的回采巷道内安装钻孔应力计和锚杆锚索测力计；在回采巷道内安装顶板监测仪；在工作面支架上间隔布置支架阻力监测点形成支架阻力测站；在回采巷道内设置区域微震测站；在回采巷道内布置围岩变形测站；同时记录初始监测数据。

步骤三.顶板水压致裂施工，记录水压致裂的泵送压力和流量。其中水压致裂施工使用乳化液作为压裂液，在相邻的水压致裂孔的中点位置设置观测孔，当观测孔内流出乳化液时说明顶板内两个水压致裂孔之间的裂隙已经贯通，确定顶板水压致裂半径为观测孔至水压致裂孔之间的距离。

步骤四.施工后获取钻孔应力计监测的应力值，锚杆锚索测力计监测的锚杆锚索受力大小，钻孔窥视仪观测的水压致裂孔长度方向上的裂纹形态和尺寸，顶板监测仪监测的顶板离层量和顶板下沉量，支架阻力测站监测的支架工作阻力，微震测站监测的微震事件，围岩变形测站监测的巷道顶底板及两帮的变形量。

步骤五.根据步骤四的监测结果判别水压致裂的卸压效果，确定顶板水压致裂半径。

其中钻孔应力计监测的应力值越大表明巷道应力集中，顶板水压致裂的效果越差；锚杆锚索测力计监测的锚杆锚索应力增量越小，则顶板水压致裂的效果越好；钻孔窥视仪水压致裂前后的观测结果进行对比，裂隙发育越好、槽口越明显，则顶板水压致裂的效果越好；顶板监测仪监测的顶板离层量越小，顶板下沉越缓慢，则顶板水压致裂的效果越好；工作面来压时非压裂段的支架工作阻力大于压裂段的工作阻力，非压裂段的动载系数大于压裂段的动载系数；微震测站监测的微震事件数量越少，则顶板水压致裂的效果越好；围岩变形测站监测的巷道顶底板及两帮的变形量越小，则反应顶板水压致裂的效果越好。水压致裂效果的好或差通过对比水压致裂区域的监测数据和非水压致裂区域的监测数据，进行对比，对比监测数值的大小或多少来进行判断。采用多参量综合评价水压致裂的卸压效果，当所有监测结果均显示水压致裂的效果好时，表明水压致裂的效果好，当其中1个监测手段的监测结果显示水压致裂效果差并与其他监测手段的监测结果相反时，忽略该监测结果。2个以上的监测手段的监测结果显示水压致裂效果差并与其他监测手段的监测结果相反时，通过钻孔窥视仪监测进行验证，最后优先选择采信钻孔窥视仪的监测对比结果。

在施工过程中还需要通过记录在顶板水压致裂施工过程中，压裂泵的压力变化和流量计的流量变化，绘制压裂泵压力P、流量计流量Q随时间t的变化曲线，进而得出顶板水压致裂的起裂压力和闭合压力，通过泵入的压裂液体积预计其压裂效果和压裂范围。各个钻孔水压变化趋势大致相似，在注水初期整套系统内水压维持在30MPa左右，但伴随保压时间的延长，局部岩层在高压水的压力作用下产生破裂，而导致水压有一定程度下降；但由于封孔器的存在系统密封性较好，同时高压注水泵还在持续提供高压水，因此水压在后期再次恢复到30MPa左右；水压降低-上升-降低循环往复的过程表征了岩层裂隙逐步发育的过程。现场压力和流量的记录为间断式点记录，但从压力和流量关系曲线中仍可看出在注水压力波动前后流量计示数呈现出相应增长的趋势，从侧面表征顶板岩层裂缝发育过程。典型钻孔存在施工位置的差异，压裂垂高有所不同，致使压裂岩层属性不一，进而导致压裂时间长短有所变化。

该方法具有直观性、多样性和可靠性的特点，采用钻孔应力计、锚杆锚索测力计、钻孔窥视仪、顶板监测仪、支架阻力测站、微震测站和围岩变形测站综合监测的方法，有效解决了煤矿井下顶板深孔监测困难的问题，当其中一种或两种监测不能实施时，采用其他的监测手段进行替代，突破了水压裂卸压效果难以评估的技术瓶颈，为我国煤矿顶板动力灾害的有效防治提供了有效的技术支撑。

实施例2

为进一步的说明本发明提出的顶板水压致裂多参量综合监测系统及致裂效果判别方法，以某矿31101工作面、31102工作面和31103工作面为例，对本发明的技术方案作进一步的说明。该矿31102工作面位于3-1煤层内，为本采区的第二个工作面。该工作面东侧为31101工作面，右侧为31103工作面。其中31101工作面已推采完毕，31102工作面回风顺槽受31101工作面悬空顶板的影响，变形大，底鼓严重；而31102工作面辅运顺槽后期将作为31103工作面回风顺槽，该矿的煤层柱状图如图2所示。

在31102工作面顺槽实施水力压裂作业，首先根据顶板岩性和强度确定压裂参数，然后进行压裂钻孔施工，实施压裂后进行压裂监测。为减小对工作面施工的影响，压裂钻孔的施工位置距离工作面应大于150～250m，具体位置根据现场条件适当的调整，压裂钻孔的施工情况如图3所示。

31102工作面回风顺槽非生产帮一侧低位钻孔的起裂位置距离采空区最近，起裂位置需满足以下关系：Rsinθ+hctanθ≤L，式中R为裂缝扩展半径，取5～8m；θ为压裂钻孔倾角；h为起裂位置垂直高度，取17m；L为煤柱宽度，取20m，计算得出θ≥46°(R＝5m)，θ≥51°(R＝8m)。考虑施工安全和并方便施工，确定31102工作面回风顺槽压裂钻孔深度38m，倾角70°，起裂位置距孔底为18m。

实施压裂前后分别通过钻孔窥视仪对压裂钻孔进行观测，如图4所示，观测步骤包括：(1)将钻孔窥视探头和数据采集仪用数据线连接，并通过窥视探头前方的指示灯检验是否连接完好。(2)将编码器和主机用深度数据线连接，可利用编码器的滚轮检验以上两个部件是否连接良好。(3)将钻孔窥视探头和延长杆连接好，并将窥视探头置于压裂钻孔的孔口。(4)在数据采集仪的主机界面进行探头的聚焦、光线的调整。(5)开始录像并缓慢推进探头，记录岩层层位、深度、裂隙发育情况，并截图。(6)在压裂区域前后推进钻头要更加缓慢，对切槽位置、压裂效果等进行截图。(7)数据及图像采集完毕，从水力压裂孔中推出安装杆和探头，将数据线盘好。对比实施压裂前后压裂钻孔在距离孔口18m处与38m处的围岩，发现实施压裂后切槽位置有明显的刀具切割痕迹，槽口清晰可见，说明水压致裂效果好。

利用钻孔应力计对31102工作面回风顺槽煤柱侧压裂段和非压裂段的煤柱应力进行系统的监测，主要对23^#和24^#测点距工作面相同距离时其各自区域的煤柱应力情况进行对比，分析水压致裂的卸压效果，两个测点应力监测数据、时间及距工作面距离监测结果如图5所示，在距31102工作面的距离相同时，非压裂区段24^#测点应力值大部分大于压裂区段23^#测点的应力值，表明水力压裂工程削弱了巷道附近的高应力，降低巷道周围附近的应力集中程度，所以应力值越大表明巷道应力越集中，顶板水压致裂的效果越差。

利用锚杆锚索测力计在31102工作面回风顺槽33联巷外34m处的压裂区段和31102工作面回风顺槽32联巷外25m处的非压裂区段，分别布置两组YHY60型锚索应力计、两组YHY60型锚杆应力计，用于观测压裂区段和非压裂区段顶板来压过程中巷道锚杆索应力情况，分析水力压裂的卸压效果，并进一步研究顶板水力压裂孔对巷道支护结构的影响，锚索和锚杆应力计呈现“十字”交叉布置，安装情况如图6所示，记录锚杆应力计和锚索应力计的应力压裂区段和非压裂区段的监测数据如图7和图8所示，处于压裂区段的锚杆和锚索轴向应力增量低于非压裂区段应力增量数据，证明压裂效果较好，所以锚杆锚索测力计监测的锚杆锚索应力增量与非压裂区段的应力增量相比应力增量越小，则顶板水压致裂的效果越好。

安装顶板监测仪对巷道顶板的离层量和下沉量进行监测，分别安装两组YHY60矿用顶板检测仪和两组GDW矿用顶板检测仪，安装示意图如图9所示，其中GDW矿用顶板检测仪仅用于观测巷道上方6m范围内的离层情况，而YHY60矿用顶板检测仪用于观测巷道上方整体结构的下沉情况，分析压裂区段和非压裂区段两种状态下巷道变形特征，对比分析观测结果。观测结果如图10和图11所示，通过对比两组测点浅部和深部离层数据，可发现未施工水力压裂孔的区域，顶板离层量较大，变化较为剧烈；而施工水力压裂孔的区域，顶板离层量较小，巷道顶板下沉缓慢。综合以上分析可得水力压裂孔的施工减缓了离层的发育，降低了顶板下沉，弱化了巷道顶板的变形程度。

设置支架阻力测站，在31102工作面回采期间，在工作面每间隔7个支架布置一个测点，实时监测支架的压力变化，每个测点设置左右两个通道，左通道监测左柱压力，右通道观测右柱压力，工作面共设置21个测点。观测数据可实时传输到地面办公室电脑并存储，为后续分析工作面的矿压显现特征，并参照相关矿压理论，确定工作面周期来压步距和来压强度，掌握工作面推进过程中的支架工作阻力频率、左右柱平衡性及初撑力、末阻力分布特征等提供数据支撑。31102工作面从2017年6月至2017年10月21日工作面共推进700m，对于该工作面推进方向矿压规律的研究，分析2017年8月初到2017年9月12号期间内的支架工作循环末阻力。在2017年8月5日至8月23日工作面推进118m，推进范围为39联巷至36联巷，该区域内未施工水力压裂孔；2017年8月23日至2017年9月12日工作面推进66m，该区域内施工水力压裂孔，因此对比施工水压致裂孔区域和未施工水压致裂孔的区域范围内工作面来压情况，得出水力压裂孔对矿压显现规律：工作面来压时非压裂段的支架工作阻力大于压裂段的工作阻力，非压裂段的动载系数大于压裂段的动载系数。支架阻力的监测可以作为水力压裂效果检验的手段，并借此判断水压致裂的卸压效果。

在巷道内设置围岩变形测站，观测顶底板和两帮的巷道变形量，对比水压致裂段和非水压致裂段的巷道围岩变形量，发现围岩变形测站监测的巷道顶底板及两帮的变形量越小，则反应顶板水压致裂的效果越好。

本矿还设置了全矿范围内的微震监测系和区域微震监测系统，共布置8个测点实时观测煤岩层微震事件的能量与位置，伴随工作面推进，超前工作面20-100m范围内峰前应力显现较为明显，为此选定8月26日至9月5日(第一区段，即已进行水力压裂)和9月28日至10月7日(第二区段，即未进行水力压裂)两段时间区间进行分析。第一区段超前应力影响范围处于35^#联巷和36^#联巷之间，在该区域内进行了21个水力压裂孔的施工，弱化了顶板，切断了顶板应力传递条件，减弱煤岩层储能条件。第二区段超前应力影响范围主要位于34^#联巷和35^#联巷之间，该区域内未进行水力压裂施工，顶板完好。第一区段时间内工作面累计推进44m，累计发生微震事件数为264次，其中大能量事件数为80次；第二区段时间内工作面累计推进39m，累计发生微震事件289次，其中大能量事件数为67次；在8月26日至9月5日工作面推进过程中，工作面超前压力处于水力压裂施工区段，该区段顶板进行了人工预裂处理，在工作面推进过程中在采动应力的影响下，上覆岩层逐步弱化，降低了顶板应力传递或能量储备的能力，煤层上方坚硬岩层主要是受采动应力的影响，顶板内部裂隙主要沿着水力压裂产生的预制裂缝缓慢发展，因此能量释放相对缓慢，即顶板岩层损伤引起的弹性波数量少、能量低，在微震系统中显示为微震事件数少，并且微震事件定位由31102工作面回风顺槽向31102工作面中部发展的趋势，表明受采动应力的影响，顶板弱化趋势由顺槽预裂位置向工作面中部发展，说明31102工作面回风顺槽生产帮水力压裂孔达到了预期效果。因此可以通过微震验证水压致裂施工的效果，对比微震事件的，微震事件的数量越少，则顶板水压致裂的效果越好。

当然，上述说明并非是对本发明的限制，本发明也并不仅限于上述举例，本技术领域的技术人员在本发明的实质范围内所做出的变化、改型、添加或替换，也应属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种顶板水压致裂多参量综合监测系统，其特征在于，监测设备包括钻孔应力计、锚杆锚索测力计、钻孔窥视仪、顶板监测仪、支架阻力测站、微震测站和围岩变形测站；所述水压致裂孔的中间的位置设置观测孔；所述钻孔应力计设置在回采巷道内，在水压致裂孔两侧的巷道内分别设置钻孔应力计；所述锚杆锚索测力计设置在水压致裂孔两侧的回采巷道内；所述钻孔窥视仪包括窥视探头、数据采集仪、位移感应器、盘线圈和延长杆；所述顶板监测仪设置在回采巷道内，顶板监测仪监测顶板的顶板离层量和顶板下沉量；所述支架阻力测站包括在工作面内的支架上间隔设置的测点；所述微震测站包括全矿井微震监测系统和区域微震监测系统；所述围岩变形测站设置在回采巷道内，监测回采巷道的围岩变形量。

2.根据权利要求1所述的一种顶板水压致裂多参量综合监测系统，其特征在于，所述钻孔窥视仪的窥视探头设置在延长杆的端部，多个延长杆通过螺纹连接组合加长；所述窥视探头和位移传感器通过数据线和数据采集仪相连；所述盘线圈设置在数据线上，用于收纳数据线；所述数据采集仪记录沿水压致裂孔长度方向上的裂隙。

3.根据权利要求1所述的一种顶板水压致裂多参量综合监测系统，其特征在于，所述水压致裂孔两侧20～30m范围内分别设置钻孔应力计；所述锚杆锚索测力计设置在水压致裂孔两侧10m的回采巷道内；顶板监测仪监测顶板至少6m范围内的顶板离层量；所述支架阻力测站包括在工作面内每隔5～8个支架设置一个测点。

4.根据权利要求3所述的一种顶板水压致裂多参量综合监测系统，其特征在于，所述锚杆锚索测力计至少4个组成一个监测点，每个监测点的锚杆锚索测力计在巷道顶板上呈“十”字形安装。

5.根据权利要求1所述的一种顶板水压致裂多参量综合监测系统，其特征在于，所述回采巷道包括回风顺槽和运输顺槽；所述顶板监测仪包括在回采巷道顶板上设置的两个顶板离层监测仪，所述顶板监测仪还包括在分别设置在回采巷道上的顶板下沉量监测仪。

6.一种顶板水压致裂效果的多参量综合判别方法，利用权利要求1～5任一项所述的一种顶板水压致裂多参量综合监测系统，步骤包括：

步骤一.使用钻孔窥视仪观测顶板水压致裂孔内的沿水压致裂孔长度方向上的裂纹形态和尺寸；

步骤二.在水压致裂孔两侧的回采巷道内安装钻孔应力计和锚杆锚索测力计；在回采巷道内安装顶板监测仪；在工作面支架上间隔布置支架阻力监测点形成支架阻力测站；在回采巷道内设置区域微震测站；在回采巷道内布置围岩变形测站；同时记录初始监测数据；

步骤三.顶板水压致裂施工，记录水压致裂的泵送压力和流量；

步骤四.施工后获取钻孔应力计监测的应力值，锚杆锚索测力计监测的锚杆锚索受力大小，钻孔窥视仪观测的水压致裂孔长度方向上的裂纹形态和尺寸，顶板监测仪监测的顶板离层量和顶板下沉量，支架阻力测站监测的支架工作阻力，微震测站监测的微震事件，围岩变形测站监测的巷道顶底板及两帮的变形量；

步骤五.根据步骤四的监测结果判别水压致裂的卸压效果，确定顶板水压致裂半径。

7.根据权利要求6所述的一种顶板水压致裂效果的多参量综合判别方法，其特征在于，所述步骤一中对水压致裂孔长度方向上的裂隙发育程度进行观测，包括观测压裂段是否有裂缝，避免造成封孔器的损伤；标定水压致裂前水压致裂孔内裂隙的形态和尺寸，与水压致裂压裂施工后钻孔窥视仪观测的结果进行对比。

8.根据权利要求6所述的一种顶板水压致裂效果的多参量综合判别方法，其特征在于，所述步骤三中水压致裂施工使用乳化液作为压裂液；在相邻的水压致裂孔的中点位置设置观测孔，当观测孔内流出乳化液时说明顶板内两个水压致裂孔之间的裂隙已经贯通，确定顶板水压致裂半径为观测孔至水压致裂孔之间的距离。

9.根据权利要求6所述的一种顶板水压致裂效果的多参量综合判别方法，其特征在于，所述步骤五中钻孔应力计监测的应力值越大表明巷道应力集中，顶板水压致裂的效果越差；锚杆锚索测力计监测的锚杆锚索应力增量越小，则顶板水压致裂的效果越好；钻孔窥视仪水压致裂前后的观测结果进行对比，裂隙发育越好、槽口越明显，则顶板水压致裂的效果越好；顶板监测仪监测的顶板离层量越小，顶板下沉越缓慢，则顶板水压致裂的效果越好；工作面来压时非压裂段的支架工作阻力大于压裂段的工作阻力，非压裂段的动载系数大于压裂段的动载系数；微震测站监测的微震事件数量越少，则顶板水压致裂的效果越好；围岩变形测站监测的巷道顶底板及两帮的变形量越小，则反应顶板水压致裂的效果越好。