CN102383779B - 双层采空区钻孔探测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双层采空区钻孔探测方法。先在拟探测区域布置一定密度的探测孔，按照布孔位置钻进，用三维激光扫描仪探测首层采空区内部空间；利用首层采空区的探测结果，布置下层采空区的探测孔，如果首层采空区较小，则选择采空区周围的实体进行钻探；如果首层采空区较大，并且采空区内发现有矿柱，则除了选择采空区周围的实体进行钻探外，还可以在矿柱中心进行钻探；在钻头到达地下二层区内，遇到采空区后拔出钻杆，通过钻孔向地下二层采空区放入三维激光扫描仪，对孔洞内部空间进行三维扫描，实现两层采空区的精确探测。本发明可以解决在无需附加辅助措施的条件下，可以实现两层采空区的探测等技术问题。

Description

双层采空区钻孔探测方法

技术领域

本发明涉及采矿采空区的钻孔探测技术，尤其是可以探测出两层采空区的钻孔探测方法。 

背景技术

由于私营企业的盲目盗采，造成正规矿产开采企业的地下巷道和采空区塌陷，部分矿区由地下开采转为露天开采。在露天开采的过程中，由于地下采空区在盗采中发生塌陷以及巷道堵塞，造成以往采空区的空间状态发生很大变化，因此在采空区上部剥离作业时，时有挖掘机掉入采空区的事件发生。 

为了采空区上部剥离作业的安全，要求对地下采空区进行探测，以了解地下采空区的位置、大小和数量分布。 

目前采空区的物理探测方法有：高密度电阻率法、地震映像法、探地雷达法以及三维激光扫描法等[李夕兵,李地元,赵国彦,等.金属矿地下采空区探测、处理与安全评判.采矿与安全工程学报.2006,23(2)：24～29.]，这些方法都需要经过繁杂的后期技术处理，并且需要钻探配合加以验证。但钻探在钻进过程中，如果遇到孔洞，钻井液将漏失[穆满根.高层建筑地基多层采空区探查研究.工程勘察.2008,12(3):18～21.]，无法钻透采空区的底板，也即不能继续往深处再进行钻探，因此，目前钻探方法在没有其它措施的辅助下，只能精确探测到首层采空区[李成友,刘洪福.多层采空区调查中瞬变电磁法的应用.物探与化探.2007,31(supp)：108～110.]。为了能够穿透首层采空区底板，保证能够继续往下探测，目前采用的办法有：在采空区段加套管或者往孔洞中注水，以保证钻进能够继续下去，这两种方法都增加钻探成本，降低了钻探速度。 

发明内容

本发明的目的是提供一种双层采空区钻孔探测方法,以解决在无需附加辅助措施的条件下，可以实现两层采空区的探测等技术问题。 

为了实现上述发明目的,本发明的具体探测方法如下： 

1)、先在拟探测区域布置一定密度的探测孔，按照布孔位置钻进，在钻进的过程中如果遇到采空区，则用三维激光扫描仪探测首层采空区内部空间； 

2)、利用首层采空区的探测结果，根据已探明全部首层采空区的不同位置分布情况，布置下层采空区的探测孔，如果首层采空区较小，采空区内最大水平跨距小于根据岩石力学特性和上部岩体厚度计算出的安全跨度，则选择采空区周围的实体进行钻探；如果首层采空区较大，并且采空区内发现有矿柱，则除了选择采空区周围的实体进行钻探外，在矿柱中心进行钻探； 

3)、在钻透了首层采空区的底板后，地下二层的采空区探测方法与首层采空区的探测方法一样，即在钻头到达地下二层区内，遇到采空区后拔出钻杆，通过钻孔向地下二层采空区放入三维激光扫描仪，对孔洞内部空间进行三维扫描，实现两层采空区的精确探测。 

本发明的优点及有益效果：目前的采空区探测技术在没有辅助措施的条件下，在一定的深度范围内(如60m内，至少超过两层采空区的深度)，钻探只能精确探测到首层采空区；本发明可以实现两层采空区的精确探测，为同时处理两层采空区提供了可靠依据，可以加快采空区的处理速度，大大降低采空区的处理费用；同时本方法不需要辅助措施，加快了钻孔探测进度，降低了探测成本。 

附图说明

图1是本发明的首层采空区三维激光扫描探测剖面图； 

图2是本发明的首层采空区较小时向下层采空区钻进的探孔布置剖面图； 

图3是本发明的首层采空区内存在矿柱时向下层采空区钻进的探孔布置剖面图； 

图4是本发明的地下二层三维激光扫描探测剖面图。 

图中编号：1为三维激光扫描仪；2为首层探孔；3为首层采空区；4为首层采空区周围探孔；5为地下二层采空区；6为首层采空区中通过矿柱的探孔；7为首层采空区中的矿柱。 

具体实施方式 

本发明实施总体步骤是：先在拟探测区域布置探测孔，在钻进的过程中遇到采空区后用三维激光扫描仪探测首层采空区，然后根据已探明采空区的空间位置布置下层采空区的探测孔，遇到采空区后放入三维激光扫描仪后进行探测。 

具体施工方式为： 

1、首层采空区的探测，如图1，在要探测的平面区域内按照一定的布孔密度进行钻探，在钻探过程中会遇到三种情况：①在很浅处就遇到首层采空区3，当探孔2遇到采空区3后，将钻杆拔出，把三维激光扫描仪1放入首层采空区3内进行360度扫描；②较深处遇到采空区，其探测方法按第一种情况操作；③在一定的深度范围内没有遇到采空区，则根据需要可以继续往深处钻探。按照这三种钻探情况可以将一定深度范围内的首层采空区的空间位置、大小和数量探测清楚。精确绘制首层采空区的空间位置、大小和数量分布图以及矿柱的空间位置、大小和数量分布图。 

2、地下二层采空区的探测，分两种情况进行探孔布置：①首层采空区较小时，采空区内最大水平跨距小于30m左右(由于岩石力学特性的差异变化很大，具体数据根据岩石力学特性和上部岩体厚度计算安全跨度)，则选择采空区周围的实体进行钻探，即将钻孔4布置在已探明首层采空区的周围，往深处钻探，直至地下二层采空区5，或者往下一直不能遇到采空区，如图2；②首层采空区较大时，由于受岩石力学特性的限制，采空区内存在矿柱7，否则采空区跨度太大会导致塌陷，因此，将探孔布置在矿柱7中心和采空区周围，然后往下钻探，可以保证钻头穿过首层采空区到达更深的位置，直至钻探到地下二层采空区5，或者往下一直不能遇到采空区，如图3。以上两种情况中遇到地下二层采空区时，按照首层采空区的探测方法，将钻杆拔出，把三维激光扫描仪1放入地下二层采空区5内进行360度扫描，即可完成地下二层采空区的探测，如图4。至此，按照以上方法进行钻孔探测，一定深度范围内存在两层采空区的空间位置、大小和数量分布情况能够探测明确。 

一般在钻探过程中，钻探经过孔洞后由于钻井液漏失，钻头到达孔洞底板后无法再往深处钻进，因此急需解决能够钻透首层采空区底板问题，在不附加其他辅助措施的条件下，必须保证钻头一直在固体或液体中穿过。本发明利用首层采空区已经全部精确探明的条件，避虚就实，找到可以保证钻头在经过首层采空区时一直在矿体中穿过的精确位置，保证钻头钻透首层采空区底板，到达地下二层采空区，从而实现两层采空区的探测。 

本发明是采用钻孔探测方法，而不是高密度电阻率法、地震映像法、探地雷达法等其它采空区的探测方法。在穿过首层采空区的过程中，不需要增加下套管或注水等其它辅助措施，而是根据已经探明全部首层采空区的条件，调整穿过首层采空区的探孔位置，将穿过首层采空区的钻孔位置准确布置在矿柱中心或首层采空区周围，从而保证钻探能够顺利到达地下二层采空区。 

Claims (1)

1.一种双层采空区钻孔探测方法，具体探测步骤如下：

1)、先在拟探测区域布置一定密度的探测孔，按照布孔位置钻进，在钻进的过程中如果遇到采空区，则用三维激光扫描仪探测首层采空区内部空间；

2)、利用首层采空区的探测结果，根据已探明全部首层采空区的不同位置分布情况，布置下层采空区的探测孔，如果首层采空区较小，采空区内最大水平跨距小于根据岩石力学特性和上部岩体厚度计算出的安全跨度，则选择采空区周围的实体进行钻探；如果首层采空区较大，并且采空区内发现有矿柱，则除了选择采空区周围的实体进行钻探外，在矿柱中心进行钻探；

3)、在钻透了首层采空区的底板后，地下二层的采空区探测方法与首层采空区的探测方法一样，即在钻头到达地下二层区内，遇到采空区后拔出钻杆，通过钻孔向地下二层采空区放入三维激光扫描仪，对孔洞内部空间进行三维扫描，实现两层采空区的精确探测。