CN104360405B - 一种采场覆岩动态活动特征的综合探测方法 - Google Patents
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Abstract
一种采场覆岩动态活动特征的综合探测方法，根据井下工作面条件，在地表圈定出探测区域；在探测区域内，沿垂直于工作面推进方向布置测线，在所有测线上布置测点；将测氡仪的探杯倒置埋设于测点处地表土壤中进行脉冲计数；在工作面回风巷实体煤侧上拐角处向顶板岩层中打长钻孔，采用岩层钻孔探测仪对覆岩活动状况进行探测；在工作面液压支架上安装矿用数字压力计，对液压支架的工作阻力进行记录，采用数字采集器将存储的记录结果进行采集；待所有探测工作完成后，采用数据线将探测结果分别上传至笔记本电脑中，综合对比三种方法的探测结果，即可分析得出采场覆岩的动态活动特征。该综合探测方法可操作性强，效率高，具有广泛的实用性和推广性。
Description
技术领域
本发明涉及一种采场覆岩动态活动特征的综合探测方法，属于矿业工程煤炭井工开采技术领域，尤其是一种适用于我国西部浅埋煤层井下长壁工作面采场覆岩动态活动特征的综合探测方法。
背景技术
地下煤岩体在受到开挖以前，其原岩应力处于平衡状态。当进行开掘巷道或煤层回采工作时，破坏了煤岩体原有的应力平衡状态，使得煤岩体内部应力重新进行分配，并直至形成新的平衡状态。在此过程中，会引起采场附近的煤岩体发生变形和破坏。特别是在现代化煤矿地下开采中，为了提高资源回收率及生产经济效益，绝大多数矿井采用综合机械化长壁采煤法开采地下煤炭资源。这种井下长壁工作面从开切眼开始采煤后，在其不断向前推进过程中，煤层上部的直接顶跨度会逐渐增加并发生初次破断垮落。随着工作面的继续推进，工作面后部的采空区直接顶将会不断地垮落，其之上的基本顶岩层则先以两端固支梁（板）弯曲的形式沿层面的法线方向移动、弯曲，进而产生断裂和下沉，并引起井下工作面出现矿山压力显现。当井下开采活动达到一定范围以后，由下而上的采场覆岩移动逐渐发展到地表，导致地表产生移动、变形和破坏，在地表形成一个比井下开采范围大的移动盆地。地表移动变形和破坏与煤层埋深、采高、覆岩赋存状况、地表形态和开采方法等因素密切相关。
随着东部矿区煤炭资源的枯竭，中部矿区资源与环境约束的矛盾加剧，我国煤炭资源开发的重心已快速转移到西部生态环境脆弱的干旱半干旱地区，如陕北、黄陇、神东、宁东、新疆等大型煤炭基地。西部矿区煤层的典型禀赋特性是煤层厚、埋藏浅、基岩薄、表土覆盖层厚。井下长壁工作面开采时，采场覆岩破断易直接波及至地表，顶板出现整体台阶下沉现象，采场矿压显现剧烈。同时，开采对地表生态环境影响更为敏感和剧烈，极易造成含水层破坏、浅表层水流失、地表植被死亡等，使本就脆弱的生态环境遭受毁灭性破坏。煤炭开采引起的生态环境损害问题已成为社会关注的焦点，煤炭资源生态环境保护性开采已成为国家可持续发展战略要求以及《国家中长期科技发展纲要》重点领域的优先主题。因此，准确掌握采场覆岩动态活动特征，成为西部矿区煤矿绿色开采技术有效实施的重要基础。
目前在采场覆岩活动特征工程实践方面，常见的研究方法主要有开采沉陷GPS观测法、地表岩体移动人工观测、地表裂隙计观测法、高分辫率数字摄影对比法、电阻率勘探法、频率电磁测深法、地震透射波法、井下立体直流电法、井下钻孔冲洗液法、井下钻孔电视成像法、顶板钻孔多点位移计监测法、液压支架压力表读数法等。现有的一种方法或几种方法组合选择不合理，会受到具体采矿地质条件的影响而导致现场探测效果较差，故亟需发明一种可有效掌握采场覆岩动态活动特征的综合探测方法。
发明内容
技术问题：本发明的目的是为了克服现有技术的不足之处而提供一种可有效掌握采场覆岩动态活动特征的综合探测方法。
技术方案：本发明的采场覆岩动态活动特征的综合探测方法：
a．根据工作面采矿地质条件，在地表圈定出采场覆岩活动对应的探测区域；
b．在圈定的探测区域内，沿垂直于工作面推进方向间隔一段距离布置一条氡气测线，然后在所有氡气测线上间隔一段距离布置一个氡气测点；
c．将累积测氡仪的探杯倒置埋设于氡气测点下方30 cm处的地表土壤中，间隔4小时后将探杯取出迅速放入累积测氡仪中进行脉冲计数并存储测量结果，目的是通过氡气地表探测超前预报采场覆岩的破断位置；
d．在探测区域垂直投影于井下工作面回风巷部分中点实体煤侧上拐角处以与水平面成45°角向顶板岩层中打一定深度的直径为40 mm的长钻孔，然后采用TYGD10型岩层钻孔探测仪从孔口至孔底对覆岩活动状况进行连续可视化探测并存储摄像结果，目的是通过覆岩钻孔窥视来探测采场覆岩的活动状况；
e．在井下工作面液压支架上安装YHY60(B)矿用本安型数字压力计，对液压支架的工作阻力进行连续记录并存储监测结果，然后采用FCH2G/1矿用数据采集器将存储的监测结果通过红外无线传输进行采集，目的是通过井下矿压实测来反分析采场覆岩活动特征；
f．待所有现场探测工作完成后，采用USB数据线将步骤c、d、e的探测结果分别上传至笔记本电脑中，然后综合对比三种方法的探测结果，即可分析得出采场覆岩的动态活动特征。
所述的氡气测线间隔距离为10～20 m；所述的氡气测点间隔距离为5～10 m；所述的累积测氡仪为CD-1/KZ-D02a杯测氡仪；所述的钻孔深度为60～70 m。
有益效果：本发明对采场覆岩动态活动特征进行探测，采用氡气地表探测、覆岩钻孔窥视和井下矿压实测三种方法相结合，从而实现从地表到覆岩到井下的“上中下三位一体化”综合探测体系，能够准确地掌握采场覆岩动态活动特征。该综合探测方法可操作性强，效率高，具有广泛的实用性和推广性。
附图说明
附图是本发明的现场探测工作示意图。
图中：1-探测区域；2-氡气测线；3-氡气测点；4-探杯；5-累积测氡仪；6-USB数据线；7-笔记本电脑；8-回风巷；9-钻孔；10-TYGD10型岩层钻孔探测仪；11-液压支架；12-YHY60(B)矿用本安型数字压力计；13-FCH2G/1矿用数据采集器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述。
本发明的采场覆岩动态活动特征的综合探测方法，根据工作面采矿地质条件，在地表圈定出采场覆岩活动对应的探测区域1。在圈定的探测区域1内，沿垂直于工作面推进方向间隔10～20 m布置一条氡气测线2，然后在所有氡气测线2上间隔5～10 m布置一个氡气测点3。将累积测氡仪5的探杯4倒置埋设于氡气测点3下方30 cm处的地表土壤中，间隔4小时后将探杯4取出迅速放入累积测氡仪5中进行脉冲计数并存储测量结果，累积测氡仪5为CD-1/KZ-D02a杯测氡仪。在探测区域1垂直投影于井下工作面回风巷8部分中点实体煤侧上拐角处以与水平面成45°角向顶板岩层中打60～70 m深度的直径为40 mm的长钻孔9，然后采用TYGD10型岩层钻孔探测仪10从孔口至孔底对覆岩活动状况进行连续可视化探测并存储摄像结果。在井下工作面液压支架11上安装YHY60(B)矿用本安型数字压力计12，对液压支架11的工作阻力进行连续记录并存储监测结果，然后采用FCH2G/1矿用数据采集器13将存储的监测结果通过红外无线传输进行采集。待所有现场探测工作完成后，采用USB数据线6将氡气地表探测、覆岩钻孔窥视和井下矿压实测结果分别上传至笔记本电脑7中，然后综合对比三种方法的探测结果，即可分析得出采场覆岩的动态活动特征。
Claims (1)
1.一种采场覆岩动态活动特征的综合探测方法，其特征在于：
a．根据工作面采矿地质条件，在地表圈定出采场覆岩活动对应的探测区域（1）；
b．在圈定的探测区域（1）内，沿垂直于工作面推进方向间隔10～20 m布置一条氡气测线（2），然后在所有氡气测线（2）上间隔5～10 m布置一个氡气测点（3）；
c．将CD-1/KZ-D02a杯累积测氡仪（5）的探杯（4）倒置埋设于氡气测点（3）下方30 cm处的地表土壤中，间隔4小时后将探杯（4）取出迅速放入累积测氡仪（5）中进行脉冲计数并存储测量结果，目的是通过氡气地表探测超前预报采场覆岩的破断位置；
d．在探测区域（1）垂直投影于井下工作面回风巷（8）部分中点实体煤侧上拐角处以与水平面成45°角向顶板岩层中打深度为60～70 m的直径为40 mm的长钻孔（9），然后采用TYGD10型岩层钻孔探测仪（10）从孔口至孔底对覆岩活动状况进行连续可视化探测并存储摄像结果，目的是通过覆岩钻孔窥视来探测采场覆岩的活动状况；
e．在井下工作面液压支架（11）上安装YHY60（B）矿用本安型数字压力计（12），对液压支架（11）的工作阻力进行连续记录并存储监测结果，然后采用FCH2G/1矿用数据采集器（13）将存储的监测结果通过红外无线传输进行采集，目的是通过井下矿压实测来反分析采场覆岩活动特征；
f．待所有现场探测工作完成后，采用USB数据线（6）将步骤c、d、e的探测结果分别上传至笔记本电脑（7）中，然后综合对比三种方法的探测结果，即可分析得出采场覆岩的动态活动特征。
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