CN108915766A - 一种工作面深部隐伏导水通道探查方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供的一种工作面深部隐伏导水通道探查方法，包括沿工作面上、下顺槽巷道布置微震检波器，构建微震监测系统；在工作面回采前，诱发微震事件产生，通过所述微震监测系统获取工作面深部强含水层及上方相对隔水层内的回采前微震事件密集带的空间形态；并根据识别的工作面深部隐伏导水通道的位置和类型对工作面深部隐伏导水通道进行注浆加固；在工作面开始回采时，得到回采时微震事件的时空分布特征及演变特征，并根据所述回采时微震事件的时空分布特征和演变特征识别未能查明以及未能有效封堵的工作面深部隐伏导水通道的位置和类型，能够准确地识别工作面较深位置的隐伏导水通道的位置和类型，为煤矿注浆封堵、防突水提供重要依据。
Description
技术领域
本发明涉及煤矿作业区域内含水异常体探测方法技术领域，尤其涉及一种工作面深部隐伏导水通道探查方法。
背景技术
在煤矿尤其是采深超千米煤矿，煤矿工作面深部隐伏导水通道是发生回采突水的最主要原因。近十年来，仅河北重点煤矿就发生这类突水10次以上，其中包括3次淹井、2次淹水平和采取、5次淹面，直接经济损失数亿元。究其原因，依靠现有井下物探、钻探技术无法提前查明工作面深部隐伏导水通道，未能提前采取有效措施进行治理与防范，是其主要原因。以峰峰某矿为例，某工作面采前采取井下瞬变电磁、电法及钻探技术，查明工作面底板60m以浅不存在隐伏导水构造。但工作面回采200m后，发生底板突水淹井事故，突水水量10000m3/h，经济损失超过3亿元。最后查明突水是由工作面深部97m隐伏陷落柱引起。因此，采取有效措施查明工作面深部隐伏导水通道发育情况，提前采取有效措施做好治理和防范，意义十分巨大。
目前，常用的识别工作面深部隐伏导水通道的方法主要通过井下物探和钻探的方法，但是这种方法只能识别工作面深部60m的隐伏导水通道的发育情况，对于工作面深部100m的隐伏导水通道的发育情况无法识别。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种工作面深部隐伏导水通道探查方法，能够准确地识别工作面较深位置的隐伏导水通道的位置和类型，为煤矿注浆封堵、防突水提供重要依据。
本发明实施例的第一方面，提供了一种工作面深部隐伏导水通道探查方法，包括：
沿工作面上、下顺槽巷道布置微震检波器，构建微震监测系统；
在工作面回采前，进行施工钻孔，对工作面深部强含水层进行放水或注水扰动，诱发微震事件产生，通过所述微震监测系统获取工作面深部强含水层及上方相对隔水层内的回采前微震事件密集带的空间形态；根据所述回采前微震事件密集带及空间形态初步识别工作面深部隐伏导水通道的位置和类型，并根据识别的工作面深部隐伏导水通道的位置和类型对工作面深部隐伏导水通道进行注浆加固；
在工作面开始回采时，通过所述微震监测系统实时获取所述工作面深部的回采时微震事件密集带的空间形态，得到回采时微震事件的时空分布特征及演变特征，并根据所述回采时微震事件的时空分布特征和演变特征识别未能查明以及未能有效封堵的工作面深部隐伏导水通道的位置和类型。
在一个实施例中，所述构建微震监测系统，包括：
构建矩形或不规则形形状的非线性全包围式微震监测系统。
在一个实施例中，在工作面回采前，对工作面深部强含水层进行放水或注水扰动时，放水或注水的强度要达到预设阈值。
在一个实施例中，所述根据所述回采前微震事件密集带及空间形态初步判定工作面深部隐伏导水通道的类型，包括：若回采前微震密集带呈铅垂向柱状展布，则确定工作面深部隐伏导水通道为陷落柱；若回采前微震密集带呈倾斜板状展布，则确定工作面深部隐伏导水通道为断层；若回采前微震密集带呈铅垂向不规则状展布，则确定工作面深部隐伏导水通道为裂隙。
在一个实施例中，所述根据所述回采时微震事件的时空分布特征和演变特征识别未能查明以及未能有效封堵的工作面深部隐伏导水通道的位置和类型之后，还包括：根据重新识别的工作面深部隐伏导水通道的位置和类型，进行注浆防突水工作。
在一个实施例中，微震监测系统在探测工作面深部隐伏导水通道时，工作面深部隐伏导水通道位于工作面底板100m以深。
在一个实施例中，各检波器埋设深度大于巷道松动圈，各检波器之间的水平距离设置在100m～150m以内，同一巷道的检波器不能分布在一条直线上，相邻检波器之间底端朝向相差10°以上、铅锤方向高度差大于2m。
在一个实施例中，在工作面回采前，控制放水或注水的强度，以确保能够对强含水层地下水流场产生足够扰动，并造成地下水流场在局部产生畸变，诱发微震事件发生，形成微震事件密集发育带，且地下水流场畸变位置在微震监测系统有效监测范围内。
本发明实施例与现有技术相比的有益效果是：本发明实施例提供的工作面深部隐伏导水通道探查方法，通过沿工作面上、下顺槽巷道布置微震检波器，构建微震监测系统；在工作面回采前，进行施工钻孔，对工作面深部强含水层进行放水或注水扰动，诱发微震事件产生，通过所述微震监测系统获取工作面深部强含水层及上方相对隔水层内的回采前微震事件密集带的空间形态；根据所述回采前微震事件密集带及空间形态初步识别工作面深部隐伏导水通道的位置和类型，并根据识别的工作面深部隐伏导水通道的位置和类型对工作面深部隐伏导水通道进行注浆加固；在工作面开始回采时，通过所述微震监测系统实时获取所述工作面深部的回采时微震事件密集带的空间形态，得到回采时微震事件的时空分布特征及演变特征，并根据所述回采时微震事件的时空分布特征和演变特征识别未能查明以及未能有效封堵的工作面深部隐伏导水通道的位置和类型，能够准确地识别工作面较深位置的隐伏导水通道的位置和类型，为煤矿注浆封堵、防突水提供重要依据。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的工作面深部隐伏导水通道探查方法的流程示意图；
图2为本发明实施例提供的河北某矿2125工作面微震监测系统布置示意图；
图3为图2中1#微震密集带空间展布示意图；
图4为本发明实施例提供的微震监测系统的工作面深部隐伏导水通道探测精度示意图。
具体实施方式
以下描述中，为了说明而不是为了限定，提出了诸如特定系统结构、技术之类的具体细节，以便透彻理解本发明实施例。然而，本领域的技术人员应当清楚，在没有这些具体细节的其它实施例中也可以实现本发明。在其它情况中，省略对众所周知的系统、装置、电路以及方法的详细说明，以免不必要的细节妨碍本发明的描述。
应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
还应当进一步理解，在本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
如在本说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。
为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
参考图1，图1为本发明实施例提供的一种工作面深部隐伏导水通道探查方法的流程示意图。所述方法包括：
S101：沿工作面上、下顺槽巷道布置微震检波器，构建微震监测系统。
在本发明实施例中，微震监测系统除了布置微震检波器，还包括与微震检波器连接的分站，以及与分站连接的主服务器。
布置微震检波器时，可采用的类型包括：线性方式、非线性半包围方式、环绕式全包围方式三类，其中环绕式全包围方式，定位精度最高。优选地，本发明实施例采用环绕式全包围方式布置微震检波器。
S102：在工作面回采前，进行施工钻孔，对工作面深部强含水层进行放水或注水扰动，诱发微震事件产生，通过所述微震监测系统获取工作面深部强含水层及上方相对隔水层内的回采前微震事件密集带的空间形态；根据所述回采前微震事件密集带及空间形态初步识别工作面深部隐伏导水通道的位置和类型，并根据识别的工作面深部隐伏导水通道的位置和类型对工作面深部隐伏导水通道进行注浆加固。
在本发明实施例中，参考图2和图3，河北某煤矿，利用提前构建完成的2125工作面微震监测系统，2015.10在旁侧2222工作面放水390m3/h，可观测到2125工作面底部存在2个回采前微震密集带。
其中，1#异常区位于工作面停采线附近、上巷拐弯处，平面上呈似圆形、空间上位于煤层深部110m以深并进入深部奥灰强含水层。2016.11.21，工作面回采结束撤架期间，异常区内发生底板突水70m3/h。后采取钻孔注浆技术，查明突水通道为一隐伏导水裂隙带，奥灰内注浆225t，突水消失。
2#异常区位于工作面里段，位于工作面底板100m大青灰岩附近。2106.5采用地面区域治理技术，在奥灰含水层顶部施工水平钻孔，查明该异常区为隐伏导水裂隙带，注浆1450t，得到有效封堵，工作面顺利采过该位置。
S103：在工作面开始回采时，通过所述微震监测系统实时获取所述工作面深部的回采时微震事件密集带的空间形态，得到回采时微震事件的时空分布特征及演变特征，并根据所述回采时微震事件的时空分布特征和演变特征识别未能查明以及未能有效封堵的工作面深部隐伏导水通道的位置和类型。
在本发明实施例中，工作面深部隐伏导水通道已经在步骤S102中进行了注浆加固。但是由于采动影响诱发围岩应力重新分布，在矿压、水压、地应力的共同作用下，工作面深部强含水层沿深部隐伏导水通道向上运动，产生裂隙扩张、岩石破裂等工程力学现象，形成大量微震事件，进而得到回采时微震事件密集带的空间形态。
根据回采时微震事件密集带的空间形态在不同时刻的特征得到回采时微震事件的时空分布特征及演变特征。
在本发明的一个实施例中，在步骤S101中构建微震监测系统，包括：构建矩形或不规则形形状的非线性全包围式微震监测系统。由于非线性全包围式微震监测系统的定位精度高，可提高微震事件定位准确性。
在本发明的一个实施例中，在步骤S102中在工作面回采前，对工作面深部强含水层进行放水或注水扰动时，放水或注水的强度要达到预设阈值。其中，该预设阈值可根据需求进行设置，放水或注水的强度要能够确保能够对强含水地下水流场产生足够的扰动，并造成地下水流场在局部产生畸变，诱发微震事件发生，形成回采前微震事件密集带。另外，地下水流场在局部产生畸变的位置应该位于微震监测系统的有效监测范围内。
在本发明的一个实施例中，所述根据所述回采前微震事件密集带及空间形态初步判定工作面深部隐伏导水通道的类型，包括：若回采前微震密集带呈铅垂向柱状展布，则确定工作面深部隐伏导水通道为陷落柱；若回采前微震密集带呈倾斜板状展布，则确定工作面深部隐伏导水通道为断层；若回采前微震密集带呈铅垂向不规则状展布，则确定工作面深部隐伏导水通道为裂隙。
其中，工作面深部隐伏导水通道的类型可分为陷落柱、断层和裂隙三个类型。
在本发明的一个实施例中，在步骤S103中根据所述回采时微震事件的时空分布特征和演变特征识别未能查明以及未能有效封堵的工作面深部隐伏导水通道的位置和类型之后，还包括：
根据重新识别的工作面深部隐伏导水通道的位置和类型，进行注浆防突水工作。通过分析回采时微震事件的时空分布特征和演变特征，可进一步查明工作面回采之前未能查明和已经查明但未能在步骤S102中进行有效封堵的工作面深部隐伏导水通道发育情况，并采取有效措施，做好工作面防治水工作，确保矿井生产安全。
在本发明的一个实施例中，参考图4，微震监测系统在探测工作面深部隐伏导水通道时，工作面深部隐伏导水通道位于工作面底板100m以深。其中对于大于100m深度的区域可实现精确探测和中等精度探测，可提高探测的深度。
在本发明的一个实施例中，各检波器埋设深度大于巷道松动圈，各检波器之间的水平距离设置在100m～150m以内，同一巷道的检波器不能分布在一条直线上，相邻检波器之间底端朝向相差10°以上、铅锤方向高度差大于2m。
通过设置检波器的埋设参数，可提高检波器测试精度。
在本发明的一个实施例中，在工作面回采前，控制放水或注水的强度，以确保能够对强含水层地下水流场产生足够扰动，并造成地下水流场在局部产生畸变，诱发微震事件发生，形成微震事件密集发育带，且地下水流场畸变位置在微震监测系统有效监测范围内。对工作面深部强含水层进行放水或注水扰动时，放水或注水的强度要达到预设阈值，其中该预设阈值可根据现场实际情况进行确定。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以权利要求的保护范围为准。
Claims (8)
1.一种工作面深部隐伏导水通道探查方法，其特征在于，包括：
沿工作面上、下顺槽巷道布置微震检波器，构建微震监测系统；
在工作面回采前，进行施工钻孔，对工作面深部强含水层进行放水或注水扰动，诱发微震事件产生，通过所述微震监测系统获取工作面深部强含水层及上方相对隔水层内的回采前微震事件密集带的空间形态；根据所述回采前微震事件密集带的空间形态初步识别工作面深部隐伏导水通道的位置和类型，并根据识别的工作面深部隐伏导水通道的位置和类型对工作面深部隐伏导水通道进行注浆加固；
在工作面开始回采时，通过所述微震监测系统实时获取所述工作面深部的回采时微震事件密集带的空间形态，得到回采时微震事件的时空分布特征及演变特征，并根据所述回采时微震事件的时空分布特征和演变特征识别未能查明以及未能有效封堵的工作面深部隐伏导水通道的位置和类型。
2.根据权利要求1所述的工作面深部隐伏导水通道探查方法，其特征在于，所述构建微震监测系统，包括：
构建矩形或不规则形形状的非线性全包围式微震监测系统。
3.根据权利要求1所述的工作面深部隐伏导水通道探查方法，其特征在于，在工作面回采前，对工作面深部强含水层进行放水或注水扰动时，放水或注水的强度要达到预设阈值。
4.根据权利要求1所述的工作面深部隐伏导水通道探查方法，其特征在于，所述根据所述回采前微震事件密集带及空间形态初步判定工作面深部隐伏导水通道的类型，包括：
若回采前微震密集带呈铅垂向柱状展布，则确定工作面深部隐伏导水通道为陷落柱；若回采前微震密集带呈倾斜板状展布，则确定工作面深部隐伏导水通道为断层；若回采前微震密集带呈铅垂向不规则状展布，则确定工作面深部隐伏导水通道为裂隙。
5.根据权利要求1所述的工作面深部隐伏导水通道探查方法，其特征在于，所述根据所述回采时微震事件的时空分布特征和演变特征识别未能查明以及未能有效封堵的工作面深部隐伏导水通道的位置和类型之后，还包括：
根据重新识别的工作面深部隐伏导水通道的位置和类型，进行注浆防突水工作。
6.根据权利要求1所述的工作面深部隐伏导水通道探查方法，其特征在于，微震监测系统在探测工作面深部隐伏导水通道时，工作面深部隐伏导水通道位于工作面底板100m以深。
7.根据权利要求1所述的工作面深部隐伏导水通道探查方法，其特征在于，各检波器埋设深度大于巷道松动圈，各检波器之间的水平距离设置在100m～150m以内，同一巷道的检波器不能分布在一条直线上，相邻检波器之间底端朝向相差10°以上、铅锤方向高度差大于2m。
8.根据权利要求1所述的工作面深部隐伏导水通道探查方法，其特征在于，在工作面回采前，控制放水或注水的强度，以确保能够对强含水层地下水流场产生足够扰动，并造成地下水流场在局部产生畸变，诱发微震事件发生，形成微震事件密集发育带，且地下水流场畸变位置在微震监测系统有效监测范围内。
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