CN110714754A - 测定裂隙带高度及垮落带高度的方法、系统和存储介质 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种测定裂隙带高度及垮落带高度的方法、系统和存储介质，方法包括：获取孔位置煤层顶板距孔口的距离、裂隙带顶点至孔口的距离、垮落带顶点至孔口的距离和采高；根据孔位置煤层顶板距孔口的距离、裂隙带顶点至孔口的距离、垮落带顶点至孔口的距离和采高计算裂隙带高度及垮落带高度，计算公式分别为：裂隙带高度＝孔位置煤层顶板距孔口的距离‑裂隙带顶点至孔口的距离+采高x系数；垮落带高度＝孔位置煤层顶板距孔口的距离‑垮落带顶点至孔口的距离+采高x系数。本发明解决了现有技术中通过采用经验公式计算的方式计算出的裂隙带高度及垮落带高度不准确的技术问题。

Description

测定裂隙带高度及垮落带高度的方法、系统和存储介质

技术领域

本发明涉及煤矿领域，尤其涉及一种测定裂隙带高度及垮落带高度的方法、系统和存储介质。

背景技术

煤层开采后顶板岩层出现了冒落带、裂隙带和弯曲下沉带，这三带与煤层上方水体、沙体的空间关系，决定了灾害发生的可能性和程度。当含水层位于裂隙带范围内时会对矿井构成突水威胁；而垮落带与覆岩中较松散的风化岩层及沙层相互沟通时，会造成溃水溃砂的危险。因此煤层开采时，当覆岩中存在含水岩层时，需要对采后覆岩破坏垮落带和导水裂隙带进行预计探测，以便采取相对应措施以确保开采过程的安全。

发明内容

基于以上问题，本发明提出一种测定裂隙带高度及垮落带高度的方法、系统和存储介质，解决了现有技术中通过采用经验公式计算的方式计算出的裂隙带高度及垮落带高度不准确的技术问题。本发明中提供的测定裂隙带高度及垮落带高度的方法，使计算出的裂隙带高度及垮落带高度的值更加准确，从而能够有效指导科学采煤，避免发生开采危险。

本发明提出一种测定裂隙带高度及垮落带高度的方法，包括：

获取孔位置煤层顶板距孔口的距离、裂隙带顶点至孔口的距离、垮落带顶点至孔口的距离和采高；

根据孔位置煤层顶板距孔口的距离、裂隙带顶点至孔口的距离、垮落带顶点至孔口的距离和采高计算裂隙带高度及垮落带高度，计算公式分别为：

裂隙带高度＝孔位置煤层顶板距孔口的距离-裂隙带顶点至孔口的距离+采高x系数；

垮落带高度＝孔位置煤层顶板距孔口的距离-垮落带顶点至孔口的距离+采高x系数；

根据经验公式计算裂隙带的估计高度和垮落带的估计高度；

分别比较裂隙带的估计高度和裂隙带高度，垮落带的估计高度和垮落带高度进行验证。

此外，裂隙带顶点至孔口的距离和垮落带顶点至孔口的距离的获取过程为：在钻孔的钻进过程中记录孔内水位和冲洗液消耗量的变化，根据钻进过程中记录孔内水位和冲洗液消耗量的变化得到裂隙带分布的范围，在裂隙带分布的范围内通过钻孔电视提供的图像观测，确定裂隙带顶点至孔口的距离和垮落带顶点至孔口的距离。

此外，根据经验公式计算裂隙带的估计高度和垮落带的估计高度包括：

当采高小于等于3.5m时，裂隙带的估计高度和垮落带的估计高度的计算公式分别为：

当采高大于3.5m且小于6m时，裂隙带的估计高度和垮落带的估计高度的计算公式分别为：

当采高大于6m时，裂隙带的估计高度和垮落带的估计高度的计算公式分别为：

其中，H_li和H_k分别为裂隙带的估计高度和垮落带的估计高度。

此外，根据钻进过程中记录孔内水位和冲洗液消耗量的变化得到裂隙带分布的范围包括：当冲洗液消耗量增大时，可判断增大处对应的位置为裂隙带分布的范围。

此外，在裂隙带分布的范围内通过钻孔电视提供的图像观测，确定裂隙带顶点至孔口的距离和垮落带顶点至孔口的距离包括：在裂隙带分布的范围内，当钻孔电视的图像中存在宽度较大的横斜向裂隙，则认为此处是裂隙带顶点，并直接测量裂隙带顶点至孔口的距离，当图像中存在岩层裂缝较密、岩层破碎时，则认为此处是垮落带顶点，并直接测量垮落带顶点至孔口的距离。

此外，系数为打钻观测时裂缝带岩层的压缩值。

此外，孔位置煤层顶板距孔口的距离通过测量得到，孔位置煤层顶板距孔口的距离为钻孔孔口到煤层顶部标志层之间的距离。

此外，采高通过煤矿工作面设计说明书、作业规程或井下当班记录所得。

本发明提出一种存储介质，所述存储介质存储计算机指令，当计算机执行所述计算机指令时，用于执行上述任一项所述的测定裂隙带高度及垮落带高度的方法。

本发明提出一种测定裂隙带高度及垮落带高度的系统，包括至少一个处理器；以及，与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够：

获取孔位置煤层顶板距孔口的距离、裂隙带顶点至孔口的距离、垮落带顶点至孔口的距离和采高；

根据孔位置煤层顶板距孔口的距离、裂隙带顶点至孔口的距离、垮落带顶点至孔口的距离和采高计算裂隙带高度及垮落带高度，计算公式分别为：

裂隙带高度＝孔位置煤层顶板距孔口的距离-裂隙带顶点至孔口的距离+采高x系数；

垮落带高度＝孔位置煤层顶板距孔口的距离-垮落带顶点至孔口的距离+采高x系数；

根据经验公式计算裂隙带的估计高度和垮落带的估计高度；

分别比较裂隙带的估计高度和裂隙带高度，垮落带的估计高度和垮落带高度进行验证。

通过采用上述技术方案，具有如下有益效果：

本发明解决了现有技术中通过采用经验公式计算的方式计算出的裂隙带高度及垮落带高度不准确的技术问题。本发明中提供的测定裂隙带高度及垮落带高度的方法，使计算出的裂隙带高度及垮落带高度的值更加准确，从而能够有效指导科学采煤，避免发生开采危险。

附图说明

图1是本发明一个实施例提供的测定裂隙带高度及垮落带高度的方法的流程图；

图2是本发明一个实施例提供的孔深与水位深度的二维图示；

图3是本发明一个实施例提供的孔的深度与漏失量的二维图示；

图4是本发明一个实施例提供的裂隙带顶点至孔口的距离的示意图；

图5是本发明一个实施例提供的垮落带顶点至孔口的距离的示意图。

具体实施方式

以下结合具体实施方案和附图对本发明进行进一步的详细描述。其只意在详细阐述本发明的具体实施方案，并不对本发明产生任何限制，本发明的保护范围以权利要求书为准。

参照图1，本发明提出一种测定裂隙带高度及垮落带高度的方法，包括：

步骤S001，获取孔位置煤层顶板距孔口的距离、裂隙带顶点至孔口的距离、垮落带顶点至孔口的距离和采高；

步骤S002，根据孔位置煤层顶板距孔口的距离、裂隙带顶点至孔口的距离、垮落带顶点至孔口的距离和采高计算裂隙带高度及垮落带高度，计算公式分别为：

裂隙带高度＝孔位置煤层顶板距孔口的距离-裂隙带顶点至孔口的距离+采高x系数；

垮落带高度＝孔位置煤层顶板距孔口的距离-垮落带顶点至孔口的距离+采高x系数。

步骤S003，根据经验公式计算裂隙带的估计高度和垮落带的估计高度；

步骤S004，分别比较裂隙带的估计高度和裂隙带高度，垮落带的估计高度和垮落带高度进行验证。

在一些矿井工作面，在没有实测数据时，一般采用经验公式预计采后覆岩破坏导水裂隙带和垮落带高度值，但神东公司在生产过程中，对补连塔、大柳塔、活鸡兔、锦界、乌兰木伦、寸二等煤矿的工作面采用《“三下”采煤规范》给出的经验公式计算的覆岩破坏导水裂隙带和垮落带高度值与实际值偏差较大。

本发明提供一种经验公式预计结合实测时水位测量、冲洗液漏失量测量、岩性RQD值分析和钻孔电视观测探测等多种方法综合分析判断的方法，以确定覆岩导水裂隙带高度和垮落带高度，对于采煤过程中的水害的防治至关重要。

步骤S001中，获取孔位置煤层顶板距孔口的距离、裂隙带顶点至孔口的距离、垮落带顶点至孔口的距离和采高；

可选地，裂隙带顶点至孔口的距离和垮落带顶点至孔口的距离的获取过程为：首先通过公式计算裂隙带的估计高度和垮落带的估计高度，在钻孔的钻进过程中记录孔内水位和冲洗液消耗量的变化，根据钻进过程中记录孔内水位和冲洗液消耗量的变化得到裂隙带分布的范围，在裂隙带分布的范围内通过钻孔电视提供的图像观测，确定裂隙带顶点至孔口的距离和垮落带顶点至孔口的距离，比较裂隙带的估计高度和裂隙带顶点至孔口的距离以及比较垮落带的估计高度和垮落带顶点至孔口的距离，验证裂隙带顶点至孔口的距离的值和垮落带顶点至孔口的距离的值是否准确。

可选地，孔位置煤层顶板距孔口的距离和采高的值可以通过测量获取。

步骤S002中，根据孔位置煤层顶板距孔口的距离、裂隙带顶点至孔口的距离、垮落带顶点至孔口的距离和采高计算裂隙带高度及垮落带高度，计算公式分别为：

裂隙带高度＝孔位置煤层顶板距孔口的距离-裂隙带顶点至孔口的距离+采高x系数；

垮落带高度＝孔位置煤层顶板距孔口的距离-垮落带顶点至孔口的距离+采高x系数。

例如：孔位置煤层顶板距孔口的距离为295.4m，裂隙带顶点至孔口的距离为240.4m，采高为3.8m，垮落带顶点至孔口的距离为272m，系数为0.2，那么带入公式可以得到：

裂隙带高度＝295.4-240.4+3.8×0.2＝55.76

垮落带高度＝295.4-272+3.8×0.2＝24.16

计算得出该钻孔导水的裂隙带高度为55.76m，钻孔的垮落带高度为 24.26m，验证该实测值是否分别小于裂隙带的估计高度和垮落带的估计高度，若是，可判定上湾煤矿12304工作面在采高为3.8m时，垮落带高度为24.16m,裂隙带高度为55.76m。

步骤S003，根据经验公式计算裂隙带的估计高度和垮落带的估计高度；

通过公式计算裂隙带的估计高度和垮落带的估计高度，可选地，计算过程为：

当采高小于等于3.5m时，裂隙带的估计高度和垮落带的估计高度的计算公式分别为：

当采高大于3.5m且小于6m时，裂隙带的估计高度和垮落带的估计高度的计算公式分别为：

当采高大于6m时，裂隙带的估计高度和垮落带的估计高度的计算公式分别为：

其中，H_li和H_k分别为裂隙带的估计高度和垮落带的估计高度。

上湾煤矿1234工作面的采高为3.8m，采用以上对应公式进行计算，预计得出12304工作面的垮落带的估计高度为27.57m，裂隙带的估计高度为67.27m。

步骤S004，分别比较裂隙带的估计高度和裂隙带高度，垮落带的估计高度和垮落带高度进行验证。

本实施例解决了现有技术中通过采用经验公式计算的方式计算出的裂隙带高度及垮落带高度不准确的技术问题。本实施例中提供的测定裂隙带高度及垮落带高度的方法，使计算出的裂隙带高度及垮落带高度的值更加准确，从而能够有效指导科学采煤，避免发生开采危险。

在其中的一个实施例中，裂隙带顶点至孔口的距离和垮落带顶点至孔口的距离的获取过程为：在钻孔的钻进过程中记录孔内水位和冲洗液消耗量的变化，根据钻进过程中记录孔内水位和冲洗液消耗量的变化得到裂隙带分布的范围，在裂隙带分布的范围内通过钻孔电视提供的图像观测，确定裂隙带顶点至孔口的距离和垮落带顶点至孔口的距离。

在钻孔的钻进过程中记录孔内水位和冲洗液消耗量的变化，根据钻进过程中记录孔内水位和冲洗液消耗量的变化得到裂隙带分布的范围。

举例说明：根据上湾煤矿12304工作面的开采情况布置现场实测钻孔，记录钻进过程中孔内水位，并绘图，如图2所示，为孔深与孔内水位深度的图示。

①图2中的曲线图显示，在钻孔钻进0～166.3m范围内，孔内水位保持在距孔口35m的深度，波动幅度较小；

②166.3～171.2m段消耗量较大，171.2m处提钻后孔内水位迅速下降至169m，两次观测相对位下降134m，说明该处裂隙较发育，首次出现不返水；

③堵漏后水位回升至69.8m，在171～240m段钻进过程中水位逐渐下降至149.6m，说明该段有裂隙存在；若没有裂隙存在，水位应该保持在距孔口较近位置，比如距孔口约5m左右的距离。

④在孔深240m处时，孔内水位迅速下降至235m，冲洗液漏失加剧，表明该处裂隙明显加大；再往下钻进时，提钻后水位迅速下降，再次下钻前测水位，孔内水基本已完全漏失。冲洗液漏失是指通过裂隙流失掉的冲洗钻孔的清水冲洗液。

观测记录钻进过程中钻孔冲洗液的消耗量变化情况，绘出单位时间冲洗液的消耗量和单位时间单位进尺冲洗液的消耗量，如图3所示。

①冲洗液在0～30m段，松散层段泥浆钻进，消耗量在0.01～0.08L/s 之间波动，消耗较小，变化平缓，该段深度内孔内裂隙漏失较少，属于钻进正常消耗；

②30～57m段，冲洗液消耗量略有增加，57～100m段冲洗液消耗量较小；

③100m以上冲洗液消耗量增大，并维持0.1L/s以上的较大消耗量；

④240～253m时，冲洗液消耗量增大至0.15～0.26L/s，至253m时孔内不返水。

一般来说正常钻进消耗掉的冲洗液叫消耗量，通过裂隙流失掉的叫漏失量，通过冲洗液消耗量曲线的对比，可直观看出消耗量的变化情况，从而判定出消耗量增大的孔内位置，此处即为裂隙带分布的范围。

再次,在裂隙带分布的范围内通过钻孔电视提供的图像观测，确定裂隙带顶点至孔口的距离和垮落带顶点至孔口的距离。

采用钻孔电视，可选地，采用钻孔彩色电视进行全孔观测，直观观察取得钻孔内岩芯裂隙分布发育情况，可得到岩层受采动影响破碎的直接的视频影像资料。参照图4，在孔深240.4m处，有宽度较大的横斜向裂隙存在，参照图5，272m以下岩层裂缝较密，岩层破碎。

在裂隙带分布的范围内，当钻孔电视的图像中存在宽度较大的横斜向裂隙，则认为此处是裂隙带顶点至孔口的距离，当图像中存在岩层裂缝较密、岩层破碎时，则认为此处是垮落带顶点至孔口的距离。所以，认定孔深240.4m处是裂隙带顶点至孔口的距离，272m为垮落带顶点至孔口的距离。

说明：裂隙对应的数据即为该裂隙到孔口的距离，因钻孔电视探头是通过电缆下放到孔内的，图片刻度记录孔内深度。

垮落带是煤层直接顶垮落下来的顶板岩层部分，距离煤层最近；裂隙带包含垮落带，弯曲下沉带指裂隙带之上部分，直至地表的部分。

根据上述对钻孔水位变化、冲洗液消耗量以及钻孔电视提供的图像的观测，综合可判断出距孔口240.4m处为裂隙带顶点至孔口的距离，距孔口272m处为垮落带顶点至孔口的距离,该孔位置煤层顶板距孔口的距离为295.4m。

最后，比较裂隙带的估计高度和裂隙带顶点至孔口的距离以及比较垮落带的估计高度和垮落带顶点至孔口的距离，验证裂隙带顶点至孔口的距离的值和垮落带顶点至孔口的距离的值是否准确。

孔深240.4m处是裂隙带顶点至孔口的距离，272m为垮落带顶点至孔口的距离。根据公式

裂隙带高度＝295.4-240.4+3.8×0.2＝55.76

垮落带高度＝295.4-272+3.8×0.2＝24.16

计算得到裂隙带高度为55.76m，垮落带高度为24.16m，采用经验公式计算得到的预计裂隙带高度为67.27m，预计垮落带高度为27.57m，计算得到的裂隙带高度55.76m小于预计裂隙带高度67.27m，计算得到的垮落带高度24.16m小于预计垮落带高度27.57m，从而验证计算得到的数据为准确数据。

为避免采用实际探测时单一方法探测出现超高导水裂隙带现象，给生产实践带来困扰的问题，所以采用了验证的方式进行验证，从而确保结果准确。

在其中的一个实施例中，根据经验公式计算裂隙带的估计高度和垮落带的估计高度包括：

当采高小于等于3.5m时，裂隙带的估计高度和垮落带的估计高度的计算公式分别为：

当采高大于3.5m且小于6m时，裂隙带的估计高度和垮落带的估计高度的计算公式分别为：

当采高大于6m时，裂隙带的估计高度和垮落带的估计高度的计算公式分别为：

其中，H_li和H_k分别为裂隙带的估计高度和垮落带的估计高度。

在其中的一个实施例中，根据钻进过程中记录孔内水位和冲洗液消耗量的变化得到裂隙带分布的范围包括：当冲洗液消耗量增大时，可判断增大处对应的位置为裂隙带分布的范围。

通过记录孔内水位和冲洗液消耗量的变化确定裂隙带分布的范围，使结果更加可靠。

参照图4和图5，在其中的一个实施例中，在裂隙带分布的范围内通过钻孔电视提供的图像观测，确定裂隙带顶点至孔口的距离和垮落带顶点至孔口的距离包括：在裂隙带分布的范围内，当钻孔电视的图像中存在宽度较大的横斜向裂隙，则认为此处是裂隙带顶点，并直接测量裂隙带顶点至孔口的距离，当图像中存在岩层裂缝较密、岩层破碎时，则认为此处是垮落带顶点，并直接测量垮落带顶点至孔口的距离。通过观测图像的方式使确定的结果更加准确。

在其中的一个实施例中，系数为打钻观测时裂缝带岩层的压缩值。系数例如可以取0.2，根据经验获取。

在其中的一个实施例中，孔位置煤层顶板距孔口的距离通过测量得到，孔位置煤层顶板距孔口的距离为钻孔孔口到煤层顶部标志层之间的距离。

在其中的一个实施例中，采高通过煤矿工作面设计说明书、作业规程或井下当班记录所得。

本发明提出一种存储介质，所述存储介质存储计算机指令，当计算机执行所述计算机指令时，用于执行上述任一项所述的测定裂隙带高度及垮落带高度的方法。

本发明提出一种测定裂隙带高度及垮落带高度的系统，包括至少一个处理器；以及，与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够：

获取孔位置煤层顶板距孔口的距离、裂隙带顶点至孔口的距离、垮落带顶点至孔口的距离和采高；

根据孔位置煤层顶板距孔口的距离、裂隙带顶点至孔口的距离、垮落带顶点至孔口的距离和采高计算裂隙带高度及垮落带高度，计算公式分别为：

裂隙带高度＝孔位置煤层顶板距孔口的距离-裂隙带顶点至孔口的距离+采高x系数；

垮落带高度＝孔位置煤层顶板距孔口的距离-垮落带顶点至孔口的距离+采高x系数。

以上所述的仅是本发明的原理和较佳的实施例。应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在本发明原理的基础上，还可以做出若干其它变型，也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种测定裂隙带高度及垮落带高度的方法，其特征在于，包括：

获取孔位置煤层顶板距孔口的距离、裂隙带顶点至孔口的距离、垮落带顶点至孔口的距离和采高；

根据孔位置煤层顶板距孔口的距离、裂隙带顶点至孔口的距离、垮落带顶点至孔口的距离和采高计算裂隙带高度及垮落带高度，计算公式分别为：

裂隙带高度＝孔位置煤层顶板距孔口的距离-裂隙带顶点至孔口的距离+采高x系数；

垮落带高度＝孔位置煤层顶板距孔口的距离-垮落带顶点至孔口的距离+采高x系数；

根据经验公式计算裂隙带的估计高度和垮落带的估计高度；

分别比较裂隙带的估计高度和裂隙带高度，垮落带的估计高度和垮落带高度进行验证。

2.根据权利要求1所述的测定裂隙带高度及垮落带高度的方法，其特征在于，

裂隙带顶点至孔口的距离和垮落带顶点至孔口的距离的获取过程为：在钻孔的钻进过程中记录孔内水位和冲洗液消耗量的变化，根据钻进过程中记录孔内水位和冲洗液消耗量的变化得到裂隙带分布的范围，在裂隙带分布的范围内通过钻孔电视提供的图像观测，确定裂隙带顶点至孔口的距离和垮落带顶点至孔口的距离。

3.根据权利要求1所述的测定裂隙带高度及垮落带高度的方法，其特征在于，

根据经验公式计算裂隙带的估计高度和垮落带的估计高度包括：

当采高小于等于3.5m时，裂隙带的估计高度和垮落带的估计高度的计算公式分别为：

当采高大于3.5m且小于6m时，裂隙带的估计高度和垮落带的估计高度的计算公式分别为：

当采高大于6m时，裂隙带的估计高度和垮落带的估计高度的计算公式分别为：

其中，H_li和H_k分别为裂隙带的估计高度和垮落带的估计高度。

4.根据权利要求2所述的测定裂隙带高度及垮落带高度的方法，其特征在于，

根据钻进过程中记录孔内水位和冲洗液消耗量的变化得到裂隙带分布的范围包括：当冲洗液消耗量增大时，可判断增大处对应的位置为裂隙带分布的范围。

5.根据权利要求2所述的测定裂隙带高度及垮落带高度的方法，其特征在于，

在裂隙带分布的范围内通过钻孔电视提供的图像观测，确定裂隙带顶点至孔口的距离和垮落带顶点至孔口的距离包括：在裂隙带分布的范围内，当钻孔电视的图像中存在宽度较大的横斜向裂隙，则认为此处是裂隙带顶点，并直接测量裂隙带顶点至孔口的距离，当图像中存在岩层裂缝较密、岩层破碎时，则认为此处是垮落带顶点，并直接测量垮落带顶点至孔口的距离。

6.根据权利要求1所述的测定裂隙带高度及垮落带高度的方法，其特征在于，

系数为打钻观测时裂缝带岩层的压缩值。

7.根据权利要求1所述的测定裂隙带高度及垮落带高度的方法，其特征在于，

孔位置煤层顶板距孔口的距离通过测量得到，孔位置煤层顶板距孔口的距离为钻孔孔口到煤层顶部标志层之间的距离。

8.根据权利要求1-7任一项所述的测定裂隙带高度及垮落带高度的方法，其特征在于，

采高通过煤矿工作面设计说明书、作业规程或井下当班记录所得。

9.一种存储介质，其特征在于，所述存储介质存储计算机指令，当计算机执行所述计算机指令时，用于执行权利要求1至8中任一项所述的测定裂隙带高度及垮落带高度的方法。

10.一种测定裂隙带高度及垮落带高度的系统，其特征在于，包括至少一个处理器；以及，与所述至少一个处理器通信连接的存储器；其中，所述存储器存储有可被所述一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够：

获取孔位置煤层顶板距孔口的距离、裂隙带顶点至孔口的距离、垮落带顶点至孔口的距离和采高；

根据孔位置煤层顶板距孔口的距离、裂隙带顶点至孔口的距离、垮落带顶点至孔口的距离和采高计算裂隙带高度及垮落带高度，计算公式分别为：

裂隙带高度＝孔位置煤层顶板距孔口的距离-裂隙带顶点至孔口的距离+采高x系数；

垮落带高度＝孔位置煤层顶板距孔口的距离-垮落带顶点至孔口的距离+采高x系数；

根据经验公式计算裂隙带的估计高度和垮落带的估计高度；

分别比较裂隙带的估计高度和裂隙带高度，垮落带的估计高度和垮落带高度进行验证。

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