CN110735629B - 一种基于仰上钻孔钻进速度的导水裂隙带高度判定方法 - Google Patents

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Abstract

一种基于仰上钻孔钻进速度的导水裂隙带高度判定方法，包括以下步骤：在待测导水裂隙带工作面的巷道内在不同位置向采空区方向设计N个钻孔，N＞＝3，方位角相同，但倾角和深度不同；依次施工各个钻孔，记录每一分钟钻进距离；根据记录的钻孔钻进距离和对应时间确定出钻进过程中每一位置的钻进速度；绘制出各个钻孔钻进速度图表v‑l；将钻孔按钻进速度变化幅度规律，确定出钻孔对应岩层的完整岩层区‑采动破坏区‑弯曲下沉岩层区分布规律；绘制出待测导水裂隙带工作面上方岩层采动破坏区分布范围，确定出导水裂隙带高度。本发明属于实测方法，准确度高且适应性强。

Description

一种基于仰上钻孔钻进速度的导水裂隙带高度判定方法
技术领域
本发明涉及导水裂隙带高度判定方法，特别是一种基于仰上钻孔钻进速度的导水裂隙带高度判定方法。
背景技术
对于煤矿企业而言，准确判定导水裂隙带高度对顶板水害治理、开采参数优选及保水开采具有重大意义。目前，用来判定导水裂隙带高度的方法主要是井下仰上钻孔实测导水裂隙带高度法。这种方法原理是：通过自带充气胶囊的双端堵水器对钻孔进行分段封堵并注水，由于裂缝发育段的孔壁消耗量增大，由此判定出导水裂隙带顶点。但这种方法存在较为明显的不足，对于许多矿井，顶板岩层垮落、断裂后的岩块堆积杂乱，裂缝发育无规律可循，孔壁完整性差，双端堵水器穿过裂缝较为发育的孔段施测时易卡住，深孔数据观测难度大。
综上所述，目前亟需一种能够较为方便，且能适应顶板破碎特点的判定导水裂隙带高度法。
发明内容
本发明提供了一种基于仰上钻孔钻进速度的导水裂隙带高度判定方法。
本发明采用的技术方案如下：
一种基于仰上钻孔钻进速度的导水裂隙带高度判定方法，包括以下步骤：
(a)在待测导水裂隙带工作面的巷道内在不同位置向采空区方向设计N个钻孔，N＞3，方位角相同，但倾角和深度不同；
(b)施工第一个钻孔CH01，记录每一分钟钻进距离以及钻孔出水量，并收集钻孔出渣的岩渣；
(c)根据记录的钻孔CH01钻进距离以及收集的岩渣成分，确定出在CH01位置，待测导水裂隙带工作面上方岩层赋存状况；
(d)根据钻进距离和对应时间确定出钻进过程中每一位置的钻进速度，单位为m/min，同时根据钻孔出水量，确定出每一位置的出水速度；
(e)重复步骤(b)-(d)施工第二个钻孔CH02，确定出在CH02位置，待测导水裂隙带工作面上方岩层赋存状况以及在钻进过程中每一位置的钻进速度和出水速度；
(f)重复步骤(b)-(d)，按顺序依次施工剩余的各个钻孔，最终确定全部钻孔的相关信息：在钻孔位置待测导水裂隙带工作面上方岩层赋存状况以及在钻进过程中每一位置的钻进速度和出水速度；
(g)根据各个钻孔收集的岩渣信息，确定待测导水裂隙带工作面上方岩层赋存状况，并绘制出各个钻孔钻进速度图表v-l，v为钻进速度，单位为m/min，l为距离孔口距离，单位为m，和各个钻孔出水速度图表v水-l，v水为出水速度，单位为m/min；
(h)根据各个钻孔钻进速度图表v-l，首先剔除掉钻孔各个位置钻进速度变化幅度未呈现出“稳定-变大-再稳定”的变化规律的钻孔，将其余钻孔按钻进速度变化幅度规律，确定出钻孔对应岩层的完整岩层区-采动破坏区-弯曲下沉岩层区分布规律；
(i)根据各个钻孔出水速度图表，同样根据出水速度变化幅度对钻孔对应岩层进行分区，确定出钻孔对应岩层的完整岩层区-采动破坏区-弯曲下沉岩层区分布规律，与根据相应钻孔钻进速度确定的结果进行比较，对完整岩层区-采动破坏区-弯曲下沉岩层区临界点进行调整；
(j)根据在各个钻孔位置确定的待测导水裂隙带工作面上方岩层赋存状况对相应钻孔的完整岩层区-采动破坏区-弯曲下沉岩层区临界点进行调整；
(k)根据各个钻孔确定出的完整岩层区-采动破坏区-弯曲下沉岩层区，绘制出待测导水裂隙带工作面上方岩层采动破坏区分布范围，确定出导水裂隙带高度。
在上述基于仰上钻孔钻进速度的导水裂隙带高度判定方法中，钻孔各个位置钻进速度变化幅度呈现“稳定-变大-再稳定”的变化规律是指，相对于钻头开始钻入速度，在施工过程中钻进速度变化幅度在30％以下时为稳定段，在速度变化幅度超过30％时为变大段，在速度变化幅度又降到30％以内时为稳定段。
在上述基于仰上钻孔钻进速度的导水裂隙带高度判定方法中，钻孔各个位置出水速度变化幅度呈现“稳定-变大-再稳定”的变化规律是指，相对于钻头开始钻入时钻孔出水速度，在施工过程中出水速度变化幅度在20％以下时为稳定段，在速度变化幅度超过20％时为变大段，在速度变化幅度又降到20％以内时为稳定段。
在上述基于仰上钻孔钻进速度的导水裂隙带高度判定方法中，与根据相应钻孔钻进速度确定的结果进行比较，对完整岩层区-采动破坏区-弯曲下沉岩层区临界点进行调整是指，当二者确定的采动破坏区和弯曲下沉岩层区临界点位置不同时，按较高的位置确定临界点。
在上述基于仰上钻孔钻进速度的导水裂隙带高度判定方法中，根据在各个钻孔位置确定的待测导水裂隙带工作面上方岩层赋存状况对相应钻孔的完整岩层区-采动破坏区-弯曲下沉岩层区临界点进行调整是指，当临界点位置在完整岩层内时，将临界点调整至完整岩层的最近分层位置。
在上述基于仰上钻孔钻进速度的导水裂隙带高度判定方法中，在剔除掉钻孔各个位置钻进速度变化幅度未呈现出“稳定-变大-再稳定”的变化规律的钻孔后，如果钻孔数不足3个，则增加施工的钻孔数，使能够使用于确定完整岩层区-采动破坏区-弯曲下沉岩层区分布的钻孔数达到3个以上。
在上述基于仰上钻孔钻进速度的导水裂隙带高度判定方法中，对于能够通过井下仰上钻孔实测导水裂隙带高度法进行确定导水裂隙带高度的钻孔，同时进行井下仰上钻孔实测，将实测结果与通过基于仰上钻孔钻进速度确定的采动破坏区-弯曲下沉岩层区临界点进行比较，选取位置较高的作为新的临界点。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：
①本发明提供的基于仰上钻孔钻进速度的导水裂隙带高度判定方法，由于是将钻孔钻进速度、出水速度以及岩层赋存状况作为判定指标，因此，本发明能够较为准确的确定出导水裂隙带的高度，并且适应性很强，对于岩层破坏状况复杂的情况依然能够适用。
②本发明提供的基于仰上钻孔钻进速度的导水裂隙带高度判定方法，由于通过出水速度、岩层赋存状况对钻进速度获得的采动破坏区-弯曲下沉岩层区临界点进行反复修正，因此，本发明进一步提高了确定导水裂隙带的高度的准确性。
③本发明提供的基于仰上钻孔钻进速度的导水裂隙带高度判定方法，由于依然是通过仰上钻孔进行确定，因此，对于岩层破坏状况较为简单的情况同时还可以实施井下仰上钻孔实测导水裂隙带高度法，通过二者对比，进一步修正导水裂隙带高度，使得确定的导水裂隙带高度更加准确。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将对本发明实施方式作进一步地详细描述。
所述基于仰上钻孔钻进速度的导水裂隙带高度判定方法，包括以下步骤：
(a)在待测导水裂隙带工作面的巷道内在不同位置向采空区方向设计3个钻孔，方位角为184°，倾角和深度分别为72°和96.9m、63°和100.8m、38°和66m；
(b)施工第一个钻孔CH01，记录每一分钟钻进距离以及钻孔出水量，并收集钻孔出渣的岩渣；
(c)根据记录的钻孔CH01钻进距离以及收集的岩渣成分，确定出在CH01位置，待测导水裂隙带工作面上方岩层赋存状况；
(d)根据钻进距离和对应时间确定出钻进过程中每一位置的钻进速度，单位为m/min，同时根据钻孔出水量，确定出每一位置的出水速度；
(e)重复步骤(b)-(d)施工第二个钻孔CH02，确定出在CH02位置，待测导水裂隙带工作面上方岩层赋存状况以及在钻进过程中每一位置的钻进速度和出水速度；
(f)重复步骤(b)-(d)施工第三个钻孔CH03，确定出在CH03位置，待测导水裂隙带工作面上方岩层赋存状况以及在钻进过程中每一位置的钻进速度和出水速度；
(g)根据各个钻孔收集的岩渣信息，确定待测导水裂隙带工作面上方岩层赋存状况，并绘制出各个钻孔钻进速度图表v-l，v为钻进速度，单位为m/min，l为距离孔口距离，单位为m，和各个钻孔出水速度图表v水-l，v水为出水速度，单位为m/min；
(h)根据各个钻孔钻进速度图表v-l，首先剔除掉钻孔各个位置钻进速度变化幅度未呈现出”稳定-变大-再稳定”的变化规律的钻孔，将其余钻孔按钻进速度变化幅度规律，确定出钻孔对应岩层的完整岩层区-采动破坏区-弯曲下沉岩层区分布规律；
(i)根据各个钻孔出水速度图表，同样根据出水速度变化幅度对钻孔对应岩层进行分区，确定出钻孔对应岩层的完整岩层区-采动破坏区-弯曲下沉岩层区分布规律，与根据相应钻孔钻进速度确定的结果进行比较，对完整岩层区-采动破坏区-弯曲下沉岩层区临界点进行调整；
(j)根据在各个钻孔位置确定的待测导水裂隙带工作面上方岩层赋存状况对相应钻孔的完整岩层区-采动破坏区-弯曲下沉岩层区临界点进行调整；
(k)根据各个钻孔确定出的完整岩层区-采动破坏区-弯曲下沉岩层区，绘制出待测导水裂隙带工作面上方岩层采动破坏区分布范围，确定出导水裂隙带高度。
在本实施例中，钻孔各个位置钻进速度变化幅度呈现”稳定-变大-再稳定”的变化规律是指，相对于钻头开始钻入速度，在施工过程中钻进速度变化幅度在30％以下时为稳定段，在速度变化幅度超过30％时为变大段，在速度变化幅度又降到30％以内时为稳定段。
在本实施例中，钻孔各个位置出水速度变化幅度呈现”稳定-变大-再稳定”的变化规律是指，相对于钻头开始钻入时钻孔出水速度，在施工过程中出水速度变化幅度在20％以下时为稳定段，在速度变化幅度超过20％时为变大段，在速度变化幅度又降到20％以内时为稳定段。
在本实施例中，与根据相应钻孔钻进速度确定的结果进行比较，对完整岩层区-采动破坏区-弯曲下沉岩层区临界点进行调整是指，当二者确定的采动破坏区和弯曲下沉岩层区临界点位置不同时，按较高的位置确定临界点。
在本实施例中，根据在各个钻孔位置确定的待测导水裂隙带工作面上方岩层赋存状况对相应钻孔的完整岩层区-采动破坏区-弯曲下沉岩层区临界点进行调整是指，当临界点位置在完整岩层内时，将临界点调整至完整岩层的最近分层位置。
在本实施例中，在剔除掉钻孔各个位置钻进速度变化幅度未呈现出”稳定-变大-再稳定”的变化规律的钻孔后，如果钻孔数不足3个，则增加施工的钻孔数，使能够使用于确定完整岩层区-采动破坏区-弯曲下沉岩层区分布的钻孔数达到3个。
在本实施例中，对于能够通过井下仰上钻孔实测导水裂隙带高度法进行确定导水裂隙带高度的钻孔，同时进行井下仰上钻孔实测，将实测结果与通过基于仰上钻孔钻进速度确定的采动破坏区-弯曲下沉岩层区临界点进行比较，选取位置较高的作为新的临界点。
显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (7)

1.一种基于仰上钻孔钻进速度的导水裂隙带高度判定方法，其特征在于：包括以下步骤：
(a)在待测导水裂隙带工作面的巷道内在不同位置向采空区方向设计N个钻孔，N＞＝3，方位角相同，但倾角和深度不同；
(b)施工第一个钻孔CH01，记录每一分钟钻进距离以及钻孔出水量，并收集钻孔出渣的岩渣；
(c)根据记录的钻孔CH01钻进距离以及收集的岩渣成分，确定出在CH01位置，待测导水裂隙带工作面上方岩层赋存状况；
(d)根据钻进距离和对应时间确定出钻进过程中每一位置的钻进速度，单位为m/min，同时根据钻孔出水量，确定出每一位置的出水速度；
(e)重复步骤(b)-(d)施工第二个钻孔CH02，确定出在CH02位置，待测导水裂隙带工作面上方岩层赋存状况以及在钻进过程中每一位置的钻进速度和出水速度；
(f)重复步骤(b)-(d)，按顺序依次施工剩余的各个钻孔，最终确定全部钻孔的相关信息：在钻孔位置待测导水裂隙带工作面上方岩层赋存状况以及在钻进过程中每一位置的钻进速度和出水速度；
(g)根据各个钻孔收集的岩渣信息，确定待测导水裂隙带工作面上方岩层赋存状况，并绘制出各个钻孔钻进速度图表v-l，v为钻进速度，单位为m/min，l为距离孔口距离，单位为m，和各个钻孔出水速度图表v水-l，v水为出水速度，单位为m/min；
(h)根据各个钻孔钻进速度图表v-l，首先剔除掉钻孔各个位置钻进速度变化幅度未呈现出“稳定-变大-再稳定”的变化规律的钻孔，将其余钻孔按钻进速度变化幅度规律，确定出钻孔对应岩层的完整岩层区-采动破坏区-弯曲下沉岩层区分布规律；
(i)根据各个钻孔出水速度图表，同样根据出水速度变化幅度对钻孔对应岩层进行分区，确定出钻孔对应岩层的完整岩层区-采动破坏区-弯曲下沉岩层区分布规律，与根据相应钻孔钻进速度确定的结果进行比较，对完整岩层区-采动破坏区-弯曲下沉岩层区临界点进行调整；
(j)根据在各个钻孔位置确定的待测导水裂隙带工作面上方岩层赋存状况对相应钻孔的完整岩层区-采动破坏区-弯曲下沉岩层区临界点进行调整；
(k)根据各个钻孔确定出的完整岩层区-采动破坏区-弯曲下沉岩层区，绘制出待测导水裂隙带工作面上方岩层采动破坏区分布范围，确定出导水裂隙带高度。
2.根据权利要求1所述的基于仰上钻孔钻进速度的导水裂隙带高度判定方法，其特征在于：钻孔各个位置钻进速度变化幅度呈现“稳定-变大-再稳定”的变化规律是指，相对于钻头开始钻入速度，在施工过程中钻进速度变化幅度在30％以下时为稳定段，在速度变化幅度超过30％时为变大段，在速度变化幅度又降到30％以内时为稳定段。
3.根据权利要求1所述的基于仰上钻孔钻进速度的导水裂隙带高度判定方法，其特征在于：钻孔各个位置出水速度变化幅度呈现“稳定-变大-再稳定”的变化规律是指，相对于钻头开始钻入时钻孔出水速度，在施工过程中出水速度变化幅度在20％以下时为稳定段，在速度变化幅度超过20％时为变大段，在速度变化幅度又降到20％以内时为稳定段。
4.根据权利要求1所述的基于仰上钻孔钻进速度的导水裂隙带高度判定方法，其特征在于：与根据相应钻孔钻进速度确定的结果进行比较，对完整岩层区-采动破坏区-弯曲下沉岩层区临界点进行调整是指，当二者确定的采动破坏区和弯曲下沉岩层区临界点位置不同时，按较高的位置确定临界点。
5.根据权利要求4所述的基于仰上钻孔钻进速度的导水裂隙带高度判定方法，其特征在于：根据在各个钻孔位置确定的待测导水裂隙带工作面上方岩层赋存状况对相应钻孔的完整岩层区-采动破坏区-弯曲下沉岩层区临界点进行调整是指，当临界点位置在完整岩层内时，将临界点调整至完整岩层的最近分层位置。
6.根据权利要求1-5任一所述的基于仰上钻孔钻进速度的导水裂隙带高度判定方法，其特征在于：在剔除掉钻孔各个位置钻进速度变化幅度未呈现出“稳定-变大-再稳定”的变化规律的钻孔后，如果钻孔数不足3个，则增加施工的钻孔数，使能够使用于确定完整岩层区-采动破坏区-弯曲下沉岩层区分布的钻孔数达到3个以上。
7.根据权利要求5所述的基于仰上钻孔钻进速度的导水裂隙带高度判定方法，其特征在于：对于能够通过井下仰上钻孔实测导水裂隙带高度法进行确定导水裂隙带高度的钻孔，同时进行井下仰上钻孔实测，将实测结果与通过基于仰上钻孔钻进速度确定的采动破坏区-弯曲下沉岩层区临界点进行比较，选取位置较高的作为新的临界点。
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河流下垮落法开采覆岩破坏范围实测分析;王丙迎;;煤(第04期);30-32+49页 *

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