瓦斯抽采鉆孔變形塌孔規(guī)律及精準監(jiān)測技術研究

肖 鵬，黃曉昇,*，劉瀟瀟，李秉昆，陳麗萍，陳紫溪，張 超，程仁輝，趙亞婕

(1.西安科技大學 安全科學與工程學院，陜西 西安 710054；2.兵器工業(yè)衛(wèi)生研究所，陜西 西安 710065)

隨著煤礦開采深度增加，瓦斯事故頻發(fā)，防治瓦斯災害的根本方法是進行煤層瓦斯抽采[1]。然而，受地應力及擾動等因素影響，鉆孔極易產生變形、坍塌，嚴重影響瓦斯抽采效果[2]。全孔段篩管護孔技術[3-4]雖可有效解決上述問題，但當塌孔長度和頻率較低時，反而會浪費大量人力物力，如何實現(xiàn)精準支護成為主要研究方向。其中，鉆孔變形塌孔動態(tài)演化規(guī)律和精準監(jiān)測技術研究是實現(xiàn)鉆孔精準支護亟待解決的重要前提。

國內外學者通過煤心采取法[5]、超聲波技術[6]、測井技術[7]和鉆屑法[8]等手段間接開展鉆孔監(jiān)測。LI Wei等[9]通過對煤心堅固性系數(shù)、孔隙體積等參數(shù)的測定，結合原位應力測試和數(shù)值模擬，得到了鉆孔經過斷裂帶時的沿程應力分布。WANG Jinchao 等[10]提出了多陣列超聲掃描技術，通過該技術可獲取不同深度鉆孔形狀數(shù)據(jù)，實現(xiàn)對孔壁的三維檢測。HUANG Dan 等[11]基于隨鉆測井技術，通過多個定向鉆孔提取礦區(qū)地質信息，建立的斷裂帶分段識別法可實現(xiàn)對斷裂帶的精準定位。Liu Du 等[12]基于煤心取樣、地質強度指數(shù)(Geological Strength Index，GSI)和測井數(shù)據(jù)，構建了GSI 預測模型，對煤層氣井壁的煤體結構進行識別判斷，為水力壓裂提供指導。部分學者[8,13]通過鉆屑和鉆進參數(shù)對鉆孔煤體應力分布進行了研究。岳立新等[14]發(fā)現(xiàn)轉速與煤體應力負相關，鉆屑量與煤體應力正相關，并基于現(xiàn)場數(shù)據(jù)對鉆孔應力分布狀態(tài)和集中區(qū)域進行了判斷。QI Qingjie 等[15]通過瓦斯抽采鉆孔蠕變模型，結合實測鉆屑量，研究得到了鉆屑量和圍巖應力隨鉆孔深度的變化規(guī)律。

部分學者通過鉆孔照相[16]和負壓監(jiān)測技術[17]實現(xiàn)了對鉆孔變形塌孔情況的直接判斷。自1958 年鉆孔照相技術提出后，該技術數(shù)十年間經歷了：鉆孔照相(Borehole Photography Caneras，BPC)[18]、鉆孔攝像(Borehole Televiewer Cameras，BVC)[19]和數(shù)字光學成 像(Digital Borehole Opyical Televiewer，DBOT)[20]3 個發(fā)展階段。劉小雄等[21]根據(jù)鉆孔窺視結果繪制了定向鉆孔柱狀圖，直觀展示了煤巖巖性和裂隙分布，可為工作面煤層透明化地質模型構建提供依據(jù)；張玉軍等[22]通過鉆孔窺視直接捕獲不同深度地質構造和裂隙發(fā)育特征圖像，為全空間多參量協(xié)同監(jiān)測提供參考；通過負壓監(jiān)測技術，楊宏民等[23]對鉆孔不同位置的瓦斯和負壓參數(shù)進行了測定，實現(xiàn)了對封孔段裂隙發(fā)育區(qū)、漏風地點的準確定位；張學博等[24]建立了多因素影響下的負壓計算耦合數(shù)學模型，提出了基于抽采負壓分布測試的抽采鉆孔失穩(wěn)坍塌特性探測技術，并通過現(xiàn)場應用確定了鉆孔失穩(wěn)坍塌區(qū)域。

盡管國內外學者在鉆孔監(jiān)測領域開展了廣泛研究，但仍存在間接技術工藝繁瑣、影響因素復雜，直接技術精度低、準確性差的缺點。仍需一種全新的鉆孔監(jiān)測技術，方便準確地判斷鉆孔變形塌孔位置及嚴重程度。分布式光纖傳感技術，因其靈活高效、高精度和高靈敏的技術優(yōu)勢，在煤礦監(jiān)測各領域獲得了廣泛應用和認可[25-27]。筆者基于分布式光纖監(jiān)測和布里淵光學時域分析技術(Brillouin Optical Time Domain Analysis Technique,BOTDA 技術)，研制光纖耦合體，結合堵孔率計算數(shù)學模型研究，構建了適用于試驗礦井的瓦斯抽采鉆孔精準監(jiān)測技術，并通過現(xiàn)場監(jiān)測數(shù)據(jù)對鉆孔變形塌孔時期進行了準確判斷和驗證，這對瓦斯抽采鉆孔變形塌孔精準防治、推進瓦斯高效抽采具有重要意義。

1 技術原理及現(xiàn)場概況

1.1 基于BOTDA 技術的分布式光纖監(jiān)測原理

布里淵光學時域分析技術(BOTDA)是一種利用布里淵散射效應來測量光纖中溫度和應變分布的技術[28]。在光纖一端輸入泵浦光脈沖，另一端輸入連續(xù)光譜，當兩者頻率差與布里淵頻移值相同時，連續(xù)光將被放大。此時，基于布里淵散射光頻率變化量vB(頻移)同光纖溫度t和應變ε成正比，可確定光纖沿線的溫度和應變，原理如圖1 所示。

圖1 監(jiān)測技術原理Fig.1 Principle of monitoring technology

1.2 礦井現(xiàn)場概況

山西某礦埋深500～600 m，地應力約8 MPa，開采煤層厚5.2～6.7 m，上覆頂板為泥巖平均厚3.5 m，煤層局部夾矸，且存在砂巖和泥巖互層，夾雜粉末狀砂巖、泥巖和塊狀砂巖的陷落柱，取樣工作面煤體密度ρ=1.451 g/cm3，平均瓦斯含量9.52 m3/t，屬高瓦斯礦井。瓦斯抽采順層鉆孔采前預抽作為該礦采取的瓦斯治理主要手段，設計孔深為120 m，成孔直徑12 cm，鉆孔間距2.5 m。但在地應力、瓦斯壓力、地質構造和擾動等因素作用下，瓦斯抽采順層鉆孔變形塌孔頻發(fā)，嚴重影響瓦斯抽采效果。

為了解該礦瓦斯抽采順層鉆孔變形塌孔情況，精準判斷塌孔地點，并給鉆孔塌孔精準防治提供參考?；谏鲜鯞OTBA 技術和分布式光纖監(jiān)測原理，構建適用于該礦的瓦斯抽采鉆孔精準監(jiān)測技術工藝，并在該礦開展現(xiàn)場試驗，對監(jiān)測效果進行驗證和評價。

2 模擬堵孔實驗

2.1 實驗平臺及方案

基于上述技術原理和試驗礦井關鍵參數(shù)，對前期搭建的模擬堵孔實驗平臺[29]進行改建，并再次開展實驗室實驗。

實驗平臺由鉆孔模擬及光纖監(jiān)測系統(tǒng)兩部分構成。鉆孔模擬系統(tǒng)所用聚氯乙烯(Ployvinyl Chloride，PVC)管長120 cm，直徑與試驗礦井工作面?12 cm 大直徑順層瓦斯抽采鉆孔一致。16 目阻攔網(wǎng)可圍擋形成模擬堵孔段；光纖監(jiān)測系統(tǒng)中光纖耦合體[30-32]作為監(jiān)測主體，由外徑1.5 cm 內徑0.9 cm 長100 cm 的PVC 細管和0.25 cm 金屬基光纖傳感器，在注入改性環(huán)氧樹脂48 h后固化形成，可直觀反映煤樣質量增加造成的應變變化。ForeSight?系列BOTDA 監(jiān)測系統(tǒng)空間分辨率可達到20 cm，應變精度為2×10-6，可精準監(jiān)測光纖耦合體各位置應變大小。平臺具體構造如圖2 所示。

圖2 模擬堵孔實驗平臺示意Fig.2 Schematic diagram illustrating the experimental platform of borehole plugging simulation

根據(jù)取樣現(xiàn)場情況和相關學者鉆孔窺視結果[33-34]，發(fā)現(xiàn)鉆孔堵孔一般以中、小型煤塊為主，煤塊較大時，難以侵入孔內空間，作為一個整體擠壓鉆孔。故參考GB/T 17608-2022《煤炭產品品種和等級劃分》標準[35]，將鉆孔塌孔變形可能出現(xiàn)的不同尺寸煤塊分為：中塊煤(2.5～5.0 cm)、小塊煤(＜2.5～1.3 cm)、混粒煤(＜1.3～0.6 cm)三類。采用控制變量法，設置中、小塊和混粒煤占比按20 %變化梯度均勻變化，具體見表1。

表1 不同粒徑配比模擬煤樣Table 1 Simulated coal samples with different particle size ratios

從試驗礦井采集實驗所需煤樣，密度ρ=1.451 g/cm3，將其破碎成大小不一的煤塊，使用1 目、2 目網(wǎng)曬進行篩分后，測量剩余破碎煤塊尺寸，按上述標準分類，制成不同配比煤樣。實驗時單次稱取150 g 模擬煤樣(如若單塊煤質量超過150 g 或無法恰好稱取150 g 時，可一次性稱取300 g)經三通管送進模擬堵孔孔段，同時記錄光纖耦合體應變隨煤樣質量增加的變化過程，直至煤樣填滿模擬孔段。

2.2 模擬堵孔實驗結果

基于試驗礦井所采模擬煤樣堵孔實驗結果，分析鉆孔變形塌孔過程中模擬煤樣質量與應變間的表征關系。不同配比情況下的模擬煤樣完全堵孔時的質量和應變極值，如圖3 所示。

圖3 不同配比模擬煤樣完全堵孔時的質量及應變極值Fig.3 Local maxima of the mass and strain of simulated coal samples with different particle size ratios under complete borehole plugging

由圖3 可知，隨著模擬煤樣配比變化，質量和應變整體呈逐漸增長趨勢。這是由于模擬堵孔過程中，中煤塊體積較大，形狀也不規(guī)則，高占比時煤塊間的間隙、空間體積較大，可容納模擬煤樣質量較小，應變極值也較低。整體上隨著模擬煤樣配比變化，模擬堵孔質量和應變極值同步變化，這表明試驗礦井模擬煤樣質量與監(jiān)測應變間存在顯著相關性，兩者呈比例變化。

3 鉆孔變形塌孔數(shù)學模型構建及誤差分析

取所有實驗不同配比和質量下的應變均值，繪制隨質量增長的光纖應變趨勢如圖4 所示?？梢园l(fā)現(xiàn)，在不同配比模擬煤樣堵孔過程中，隨質量增加應變變化趨勢相近，呈3 個階段。第一階段隨質量增加光纖耦合體應變迅速增長，第二階段應變增長隨質量變化較為平緩，第三階段應變再次陡增。試驗礦井模擬煤樣質量、監(jiān)測應變和鉆孔變形塌孔間存在明顯線性關系。結合前期模型研究工作[29]，分析光纖耦合體應變ε、模擬煤樣堆積質量m與鉆孔變形塌孔間的表征關系，并構建適用于試驗礦井的數(shù)學模型，可基于現(xiàn)場試驗實測應變結果確定塌孔煤樣質量，判斷塌孔嚴重程度，形成適用于試驗礦井的瓦斯抽采鉆孔精準監(jiān)測新技術。

圖4 分布式光纖應變隨質量變化的趨勢Fig.4 Strain measured by distributed optical fiber varying with the mass of simulated coal samples

根據(jù)質量-應變3 個階段的變化趨勢，對其進行分段擬合，可得：

根據(jù)前人研究，由于質量m大小取決于物質的堆積密度ρb和體積V，而煤樣堆積密度ρb與組分塊度級配相關，ρb與取樣點煤體密度ρ之間存在倍率關系，具體為m=ρbV=αρV，其中α為填充率，可表示兩密度間的倍率關系[36-37]。代入式(1)可得：

ρb可由完全堵孔狀態(tài)下的質量極值mmax與體積極值Vmax確定(Vmax為模擬堵孔孔段圓柱體體積，Vmax=2 260.8 cm3)，不同配比模擬煤樣的堆積密度ρb如圖5所示。

圖5 不同配比模擬煤樣的堆積密度Fig.5 Bulk density of simulated coal samples with different particle size ratios

本文開展了覆蓋全面、不同配比模擬煤樣的堵孔實驗，但實際鉆孔變形塌孔過程中，無法判斷剝落煤體的尺寸、粒徑，同時部分學者認為填充率在一定范圍內變化時造成的影響較小或趨同[38-39]，故忽略填充率變化造成的ρb變化。假設：α為定值，取不同配比模擬煤樣完全堵孔時的mmax均值為標準值，經計算ρb=1.034 g/cm3，α=0.71。為滿足在實際監(jiān)測過程中，通過鉆孔沿程應變大小，即可判斷塌孔地點堵孔嚴重程度的目的。因此，首先將式(2)轉化為用ε表示V的函數(shù)，隨后通過計算實際堵孔體積Vactual與理論單位體積Vtheory的比值，確定鉆孔單位長度(20 cm)內的堵孔率ω(即：ω=Vactual/Vtheory，其中，Vtheory=πr2·d=π·r2·20 cm)，以直觀反映鉆孔堵孔程度。轉化、計算后可得：

基于式(3)可通過鉆孔應變監(jiān)測結果，計算試驗礦井(ρ=1.451 g/cm3、r=6 cm)瓦斯抽采鉆孔沿程各位置的堵孔率，并以應變臨界值為依據(jù)對鉆孔沿程變形塌孔情況進行判斷。根據(jù)上式將鉆孔變形塌孔分為塌孔前、塌孔中、塌孔后共3 個時期，即：0≤ε≤45.95×10-6為塌孔前期，45.95×10-6＜ε≤72.19×10-6為塌孔中期，72.19×10-6＜ε≤121.52×10-6為塌孔后期。

將應變臨界值45.95×10-6、72.19×10-6和121.52×10-6代入式(3)可得理論堵孔率臨界值：26.64%、76.34%和107.76%。理論堵孔率極值超過100%，這是因為ρb和α由單位空間不同配比煤樣模擬堵孔實驗的mmax均值確定，導致不同配比情況下的實際堵孔率與理論值存在必然誤差。為驗證式(3)的準確性，對實際和理論堵孔率間的必然誤差進行分析。通過不同配比煤樣模擬堵孔過程m與mmax的比值確定實際堵孔率ωactual，即ωactual=m/mmax，根據(jù)式(3)繪制理論堵孔率ω，實際、理論堵孔率和最大絕對誤差變化如圖6 所示。

圖6 實際、理論堵孔率對比和最大絕對誤差Fig.6 Comparison and the maximum absolute error between actual and theoretical borehole plugging rates

通過圖6 也可發(fā)現(xiàn)，隨著應變的增加，實際與理論堵孔率間最大絕對誤差先變大后變小再變大。這是由于鉆孔底部“凹”中部“擴展”頂部“凸”的結構組成，導致鉆孔堵孔過程中，煤樣首先在底部集中堆積，達一定角度后滑向孔壁兩側，最后隨著空間變小又在頂部聚集，故最大絕對誤差先變大后變小。在誤差-1 處(塌孔中期)達到最大，通過計算可得最大絕對誤差為：19.48%。雖與理論結果差距較大，但此處實際堵孔率仍處塌孔中期界限內(26.64%＜ωactual≤76.34%)，對判斷鉆孔發(fā)育時期和塌孔程度實際并無影響。在誤差-2 處，堵孔率誤差呈“V”型變化，這是由于表征公式建立過程中理論100%堵孔時的mmax、ρb和α由不同配比煤樣模擬堵孔實驗的mmax均值確定，這就導致實際情況下，不同配比煤樣完全堵孔時，mmax越接近mmax均值誤差越小。誤差-2 處理論和實際堵孔率均超過塌孔后期下限(76.34%)，同樣對判斷鉆孔塌孔發(fā)展階段和塌孔程度并無影響。

4 現(xiàn)場試驗

4.1 現(xiàn)場試驗方案

基于研制的光纖耦合體和BOTDA 監(jiān)測系統(tǒng)，結合上述模型，形成了適用于試驗礦井的瓦斯抽采鉆孔精準監(jiān)測技術(煤體密度ρ=1.451 g/cm3，鉆孔半徑r=6 cm)。為對該技術的可行性和準確性進行驗證，采用該技術在礦井開展現(xiàn)場試驗，現(xiàn)場施工工藝和設備連接如圖7所示。

圖7 瓦斯抽采鉆孔精準監(jiān)測現(xiàn)場工藝Fig.7 In-situ precise monitoring technology for gas drainage boreholes

瓦斯抽采鉆孔精準監(jiān)測技術現(xiàn)場施工具體試驗步驟包括：

(1)現(xiàn)場打鉆完成后參考下篩管技術，將1.5 cm 含光纖PVC 細管隨空心鉆桿送入120 m 鉆孔，PVC 細管間通過速凝膠水和快插接頭連接，孔底PVC 細管端頭加裝透水不透漿的纖維布，內部需注漿約6 452.7 cm3。

(2)為防止注漿不到位、過程材料損耗，稱取所需120%的材料，將5.4 kg 環(huán)氧樹脂和2.7 kg 固化劑按2∶1 比例倒進氣動注漿泵，攪拌5 min，通過變徑接頭-注漿管-軟橡膠錐頭將氣動注漿泵與PVC 細管連接后注漿，全過程需在45 min 內完成。

(3)待改性環(huán)氧樹脂漿液全部注進PVC 細管后，用軟橡膠塞封堵端口，等待48 h 環(huán)氧樹脂完全凝固，連接BOTDA 系統(tǒng)記錄初始應變。

(4)隨后開展退鉆作業(yè)將空心鉆桿撤出鉆孔，再次連接BOTDA 系統(tǒng)，開展長時間鉆孔應變監(jiān)測工作。

(5)根據(jù)鉆孔沿程應變監(jiān)測結果，結合適用于試驗礦井的堵孔率計算數(shù)學模型式(3)，計算鉆孔沿程堵孔率，判斷鉆孔沿程變形塌孔情況，為后續(xù)鉆孔塌孔精準防治提供參考。

4.2 實驗結果及分析

采用上述瓦斯抽采鉆孔精準監(jiān)測技術對現(xiàn)場120 m順層瓦斯抽采鉆孔變形塌孔情況進行了監(jiān)測，第1、第7、第30 天鉆孔沿程應變監(jiān)測結果如圖8 所示。

圖8 第1、第7、第30 天鉆孔沿程應變監(jiān)測結果Fig.8 Monitoring results of strain along boreholes on the 1st,7th,and 30th days

由圖8 可知，第1 天空心鉆桿退出鉆孔后，A、B、C三處均有明顯應變產生，C處信號最強，應變峰值為43×10-6，遠超A、B的14×10-6和12×10-6，但均處塌孔前期，并且A處應變出現(xiàn)負值，表示有壓應變產生；第7 天A、B、C三處垮落長度分別增長2.2、0.6 和1.2 m，應變峰值增長到58×10-6、23×10-6、85×10-6，A處孔周破壞惡化最為顯著，C處破壞最為嚴重，均進入塌孔中期。同時D、E孔段監(jiān)測到明顯應變，表明7 天內兩位置孔周煤體從穩(wěn)定狀態(tài)逐漸到開始失穩(wěn)塌孔，但尚處塌孔前期。

第30 天B和C兩處塌孔范圍和應變激增，應變峰值(481×10-6、912×10-6)遠超塌孔后期理論上限121.52×10-6。表明鉆孔完全塌孔后在地應力作用下仍被進一步擠壓，煤塊間隙壓縮消失，此時鉆孔處完全堵孔狀態(tài)，仍可將其視為塌孔后期，堵孔率視為100%恒定。

鉆孔沿程部分孔段應變始終為0，表明此位置孔壁完整，基本無煤體脫落，積聚的地應力尚未超過煤體破壞閾值，將應變、堵孔率始終為0 的孔段視為仍處塌孔前期。

結合前文分析對鉆孔變形塌孔的前、中、后3 個時期的界定進一步完善，即：0≤ε≤45.95×10-6為塌孔前期，45.95×10-6＜ε≤72.19×10-6為塌孔中期，ε＞72.19×10-6為塌孔后期。基于上述應變監(jiān)測結果，通過式(3)計算鉆孔沿程堵孔率，確定變形塌孔程度，結果如圖9 所示。結合鉆孔約20 m 位置第1、第7、第30 天鉆孔窺視圖，對鉆孔應變和堵孔率隨時間的變化規(guī)律及其內在機理進行分析。

圖9 第1、第7、第30 天鉆孔沿程堵孔率及鉆孔窺視圖Fig.9 Plugging rate along boreholes on the 1st,7th,and 30th days of monitoring and the borehole’s inside images

通過圖9 發(fā)現(xiàn)，鉆孔沿程均發(fā)生變形塌孔，且堵孔率隨時間緩慢增長，除A、B、C、D、E五處孔段產生明顯塌孔外，其他孔段堵孔率隨時間變化較小，遠小于26.64%均處塌孔前期。A、D、E孔段塌孔狀況隨時間增長不斷加劇，第1 天D、E尚未發(fā)生明顯塌孔，第7 天3 處孔段均處塌孔前期，僅A處部分孔段進入中期，且在30 d 后進入塌孔后期，D、E尚處塌孔中期。

與A、D、E相比，B、C處鉆孔塌孔破壞更加嚴重，從圖8 也可發(fā)現(xiàn)兩孔段部分位置30 d 后應變遠超121.52×10-6鉆孔被完全破壞處塌孔后期。尤其是C處大部分孔段第7 天即進入塌孔中期，表明C處煤體存在大量構造和原生裂隙，在地應力和鉆孔施工擾動作用下，孔周裂隙快速發(fā)育，煤體破壞加劇，剝落煤體迅速增加封堵鉆孔。而B處前后堵孔率差異懸殊，前半38.8～41.4 m 處塌孔中期，后半41.6～46 m 進入塌孔后期，這可能是由于41.6～46 m 孔段被破壞的過程中釋放了大量積聚的地應力，使得38.8～41.4 m 鉆周破壞減小。除0～8 m 封孔段在PVC 管保護下堵孔率始終為0 外，其他堵孔率為0 的孔段均未監(jiān)測到應變，均處前期，未產生變形塌孔現(xiàn)象。

通過鉆孔窺視儀對20 m 位置第1、第7、第30 天的鉆孔變形塌孔情況進行直接觀測，結果如圖9 所示，圖片顯示第1 天僅鉆孔底部有少量煤塊，鉆孔比較完整尚處塌孔初期；第7 天剝落煤體填充到鉆孔中部，鉆孔進入塌孔中期；第30 天僅鉆孔頂部存在小塊空間，鉆孔堵孔嚴重，進入塌孔后期。上述鉆孔窺視結果與A處20 m“前期-中期-后期”的變化趨勢一致，表明通過上述適用于試驗礦井的瓦斯抽采鉆孔精準監(jiān)測技術可準確判斷鉆孔變形塌孔發(fā)育時期。

綜上所述，孔周應力分布、原生裂隙和煤體力學性質是造成鉆孔塌孔失穩(wěn)的主要因素，孔周應力分布差距越大、構造和原生裂隙越顯著，鉆孔越容易破壞失穩(wěn)，剝落煤體質量和監(jiān)測應變也就越大，結論與相關學者[40-41]研究相印證。通過鉆孔窺視圖和現(xiàn)場試驗證明基于分布式光纖監(jiān)測、BOTDA 和堵孔率計算數(shù)學模型構建的適用于試驗礦井的瓦斯抽采鉆孔精準監(jiān)測技術可準確判斷鉆孔的變形塌孔情況，可為瓦斯和鉆孔精準防治提供參考。

5 結論

a.基于不同粒徑配比鉆孔堵孔模擬實驗結果，將塌孔堵孔過程分成3 個階段。通過分段擬合構建了光纖耦合體應變、模擬煤樣堆積質量與鉆孔變形塌孔間的表征關系。推導出了適用于試驗礦井的鉆孔堵孔率計算數(shù)學模型。以應變值0、45.95×10-6、72.19×10-6為臨界值，將鉆孔變形塌孔發(fā)育過程分為前、中、后3 個時期?？蔀殂@孔變形塌孔監(jiān)測提供理論基礎。

b.實際和理論堵孔率均隨著應變增加先后“緩慢-快速-緩慢”增長，且趨勢一致。隨著應變增加，實際與理論堵孔率間最大絕對誤差先變大后變小再變大。塌孔中期最大絕對誤差最大為19.48%，塌孔后期完全堵孔狀態(tài)下不同配比煤樣的mmax越接近mmax均值誤差越小。這與煤塊先在鉆孔底部堆積，隨后滑向兩側，最后在頂部聚集的堵孔過程相關。兩誤差處實際堵孔率均處各界限內(26.64%＜ωactual＜76.3%，76.34%＜ωactual≤107.76%)，與理論判斷一致，對判定塌孔時期和嚴重程度實際并無影響。

c.以分布式光纖耦合體和BOTDA 技術為基礎，結合鉆孔堵孔率計算數(shù)學模型，形成以應變臨界值為指標適用于試驗礦井的瓦斯抽采鉆孔精準監(jiān)測技術，可為試驗礦井瓦斯抽采鉆孔精準智能化發(fā)展提供參考。

d.開展現(xiàn)場試驗，對全孔段堵孔率進行了計算，對鉆孔沿程的變形塌孔發(fā)育階段進行了評估和劃分，并結合鉆孔窺視圖對評估結果的準確性進行了驗證，該精準監(jiān)測技術判斷與鉆孔窺視實際觀測結果基本吻合，該精準監(jiān)測現(xiàn)場實施技術工藝可行、可靠。

符號注釋：

m為煤樣質量，g；mmax為完全堵孔狀態(tài)下的質量極值，g；為不同配比模擬煤樣在完全堵孔狀態(tài)下的質量極值均值，g；r為試驗礦井的抽采鉆孔半徑，cm；t為環(huán)境溫度，℃；t0為室溫，℃；vB為布里淵頻移，MHz；V為煤樣體積，cm3；Vactual為實際堵孔體積，cm3；Vtheory為理論單位體積，cm3；Vmax為模擬堵孔段體積極值，cm3；α為填充率；ε為光纖應變；ε0為室溫下的光纖初始應變；ω為鉆孔堵孔率；ωactual為實際堵孔率；ρ為試驗礦井煤體密度，g/cm3；ρb為煤樣堆積密度，g/cm3。