CN111102008B - 一种承压水体上无煤柱开采的底板破坏深度的探查方法 - Google Patents

一种承压水体上无煤柱开采的底板破坏深度的探查方法 Download PDF

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Abstract

一种承压水体上无煤柱开采的底板破坏深度探查的方法，确定各个钻孔的开孔位置；然后测绘各个钻孔从开孔位置起距离X和距离Y对应处的煤层底板高程；根据底板高程和底板结构确定钻孔的方位角和倾角，并在确定的开孔位置开始施工；在巷道和钻孔中分别铺设电法物探测线，埋置巷道电极和钻孔电极，测量电阻率，并绘制电阻率三维等势图，再确定底板破坏深度值和底板破坏深度的分布特征，得到深度的分布规律。本发明根据电阻率三维等势图，确定底板破坏深度值和底板破坏深度的分布特征，得到深度的分布规律，可以实现承压水体上无煤柱开采底板破坏深度探查，利于承压水体上无煤柱开采技术的开展。

Description

一种承压水体上无煤柱开采的底板破坏深度的探查方法
技术领域
本发明属于煤矿安全生产技术领域，涉及承压水体上无煤柱开采底板破坏深度探查，具体涉及一种承压水体上无煤柱开采的底板破坏深度探查的方法。
背景技术
目前，底板破坏深度探查技术主要采用钻孔取芯、压(注)水试验、钻孔测井、直流电阻率、瞬变电磁、探地雷达、声波探查等方法。已有的底板探查方法，钻孔布置和物探测线的布置均是从煤柱一侧钻进煤柱另一侧的采空区。
承压水体上无煤柱开采技术回采结束后，两个工作面中间没有煤柱。以往从煤柱一侧钻进煤柱另一侧的采空区的探查方法不再适用。
承压水体上无煤柱开采技术的巷道存在一次回采和二次回采的两次底板破坏过程，底板破坏深度的分布规律不同于传统开采方式，因此需要探查沿空留巷段或成巷段底板的破坏深度最大值及深度分布规律。传统留设煤柱的开采方式下底板的探查至探查采空区一侧的深度值。
因此，在进行承压水体上无煤柱开采技术底板破坏深度的探查存在两个问题：一是传统施工布置不适用，二需要探查清楚巷道两侧的底板破坏深度的分布规律。
发明内容
基于现有技术中的问题，本发明的目的在于提供一种承压水体上无煤柱开采底板的破坏深度探查的方法。
为实现上述目的，本发明采用如下的技术方案：
一种承压水体上无煤柱开采的底板破坏深度的探查方法，包括以下步骤：
步骤一：确定各个钻孔的开孔位置，钻孔在x方向的投影长度X以及钻孔在y方向的投影长度Y；其中，x方向为与巷道垂直的水平方向，y为平行于巷道的水平方向；
步骤二：测绘开孔位置的煤层底板高程值H1；测绘在x和y方向上距离钻孔开孔位置为X、Y所对应的点的煤层底板高程值H2；
步骤三：根据底板高程值H1、底板高程值H2和底板结构确定钻孔的方位角和倾角，并在确定的开孔位置开始施工；
步骤四：在巷道和钻孔中分别埋置巷道电极和钻孔电极，布置测线；
步骤五：测量电阻率，并绘制电阻率三维等势图；
步骤六：根据电阻率三维等势图，确定底板破坏深度值和底板破坏深度的分布特征，得到深度的分布规律。
优选的，步骤一中：钻孔的开孔位置为巷道的停采线处。
优选的，步骤一中，X为工作面的最大来压步距和工作面长度二分之一中的较小值；Y为大于采空区的未压实长度，或者为来压步距的2倍以上。
优选的，步骤三的具体过程如下：
根据X和Y，确定钻孔与巷道的夹角A，测量巷道的方位，进而计算得到钻孔的方位角；
Figure BDA0002318378220000021
根据开孔位置处的煤层底板高程值H1、x和y方向上距离钻孔开孔位置为X、Y所对应的点的煤层底板高程值H2、承压含水层顶板距离煤层底板的垂直距离H和X、Y，采用下式计算钻孔的长度L和倾角α；
Figure BDA0002318378220000022
Figure BDA0002318378220000023
优选的，步骤四中，埋置巷道电极的具体过程为：用两芯电缆一端分别与巷道电极连接，另一端铺设至巷道停采线位置处；巷道电极从巷道停采线位置均匀布置到距离巷道停采线长度为Y的位置处；其中，巷道电极的一端为楔形或者尖角状。
优选的，步骤四中，埋置钻孔电极的具体过程为：采用若干根PVC管，一端安装钻孔电极并将PVC管首尾连接，塞入钻孔，每个钻孔电极分别连接一根电缆，将每根电缆从PVC管中穿过，铺设至孔口；钻孔电极全孔均匀铺设，用水泥对钻孔进行封孔；其中，钻孔电极为铜线圈或者金属弹片。
优选的，步骤五的具体过程如下：
将连接有巷道电极与钻孔电极的各个电缆与并行直流电法仪连接，应用ABM和AM两种方法测量煤层底板地质体的电阻率，绘制电阻率三维等势图。
与现有技术相比，本发明具有的有益效果：
1、本发明从巷道停采线位置处进行钻孔施工，铺设钻孔电极和巷道电极，进行底板破坏深度探查，解决了留设煤柱的底板破坏探查方案不适用于承压水体上无煤柱开采技术的难题，可以实现承压水体上无煤柱开采底板破坏深度探查。
2、本发明通过测绘底板等高线，结合底板结构设计钻孔。在巷道和钻孔中分别铺设埋置巷道电极和钻孔电极。测量电阻率，绘制电阻率三维等势图。根据电阻率三维等势图，确定底板破坏深度值和底板破坏深度的分布特征，得到深度的分布规律，实现了底板破坏深度分布规律的探查，利于承压水体上无煤柱开采技术的开展。
附图说明
图1为钻孔(测线)的水平投影设计示意图。
图2为钻孔(测线)的垂直剖面设计示意图。
图3为承压水体上无煤柱开采底板破坏深度直流电阻率CT的测线布置图。
图3中，2为砂质泥岩，3为砂岩，4为铝土质泥岩，5为灰岩承压含水层。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进行详细描述。
本发明通过在巷道停采线附近设计钻孔、测线、布置工程，通过三维直流电阻率CT技术分析底板破坏的分布规律。
本发明的一种承压水体上无煤柱开采底板破坏深度探查的方法，包括：钻孔设计、底板等高线测绘、预埋测线、钻孔铺设电极、电阻率测量以及底板破坏深度解释。参见图3，图中，x方向为与巷道垂直的水平方向，y为平行于巷道的水平方向，z为垂直于x与y所在平面方向。
本发明具体步骤如下：
步骤一：确定各个钻孔的开孔位置，钻孔在x方向的投影长度X以及钻孔在y方向的投影长度Y；
钻孔的开孔位置为巷道的停采线处。X为钻孔在x方向的投影长度，也就是钻孔开孔位置到终孔位置的x方向上投影距离。X值为工作面的最大来压步距和工作面长度二分之一中的较小值；Y为钻孔在y方向的投影长度，也就是钻孔开孔位置到终孔位置的y方向上投影距离。Y值为大于采空区的未压实长度，或者为来压步距的2倍以上。
以设计两个钻孔为例，在巷道停采线位置处向一次回采工作面和二次回采工作面煤层底板各设计一个钻孔。钻孔在x方向的投影长度X，钻孔在y方向的投影长度Y；X取工作面的最大来压步距和工作面长度二分之一中的较小值；Y为大于采空区的未压实长度，或者为来压步距的2倍以上。
步骤二：测绘开孔位置的煤层底板高程值H1；测绘在x和y方向上距离钻孔开孔位置为X、Y所对应的点的煤层底板高程值H2。
以设计两个钻孔为例，测量两个回采工作面在x和y方向上距离钻孔开孔位置为X、Y所对应的点的煤层底板高程值，即对应钻孔终孔位置对应的煤层底板高程值H2’和H2”。
步骤三：根据底板高程值H1、底板高程值H2和底板结构确定钻孔的方位角和倾角，并在确定的开孔位置开始施工：
根据X和Y，确定钻孔与巷道的夹角A，测量巷道的方位，进而计算得到钻孔的方位角；
Figure BDA0002318378220000051
具体的如图1所示，为钻孔与巷道的水平投影图。
根据巷道的方位角B，一次回采工作面的钻孔方位角为B+A，二次回采工作面的钻孔的方位角为B-A。
根据开孔位置处的煤层底板高程值H1、x和y方向上距离钻孔开孔位置为X、Y所对应的点的煤层底板高程值H2、承压含水层顶板距离煤层底板的垂直距离H和X、Y，采用下式计算钻孔的长度L和倾角α
Figure BDA0002318378220000052
Figure BDA0002318378220000053
具体的如图1和图2所示，根据X、Y计算长度L1，根据L1和H1、H2、H计算钻孔的长度L和倾角α。
将H2’和H2”分别代替上式中H2，计算一次回采工作面的钻孔长度为L’和倾角α’，二次回采工作面的钻孔长度为L”和倾角α”。
根据确定的钻孔参数，向两个工作面底板施工。
步骤四：在巷道和钻孔中分别埋置巷道电极和钻孔电极，布置测线；具体过程如下：
在巷道中从停采线处开始均匀铺设巷道电极至距离停采线距离Y处。巷道电极材料尽量采用铜棒，铁棒亦可。巷道电极长约为50cm，使用前要用砂纸打磨出去表面锈迹，巷道电极的一端要制成楔形或者尖角状。线缆的规格要选择矿用电缆2芯，0.5平。电缆的两根铜导线分别与巷道电极连接，并用电胶布做绝缘处理，防止两个导线直接相连。确定好电极点位，用铁锹挖深约50cm的坑，最好见水，将电极棒插入底板，用浮煤掩埋。电缆挖槽铺设到巷道口，用浮煤掩埋，避免回采过程中顶板垮落将电缆砸断。随后定期测量电缆线的另一端两个铜导线之间的电阻，确保电缆与电极棒是联通状态。
通常间隔两米铺设一个巷道电极，电极的间距根据探查的精度确定。
形成钻孔以后，准备直径约5cm，长为2.5米的PVC管若干根，一端安装钻孔电极。钻孔电极可以用铜导线缠绕制成或者制作弹片。用0.5平方的铜导线连接每个钻孔电极，然后采用PVC管首尾连接。将连接钻孔电极的电缆从PVC管中穿出，铺设至孔口位置。在穿线过程中要对每根线连接那个钻孔电极进行标记。
将安装有钻孔电极的PVC管子沿着钻孔安装进去，钻孔电极全孔均匀铺设后用水泥进行封孔。
具体的见图3，在巷道中铺设的测线为测线二，在一次回采工作面底板钻孔中铺设测线一、在二次回采工作面底板钻孔中铺设测线三。
图3中绘制有一次回采采空区和二次回采采空区，煤体，巷道，三条测线。点划线为一次回采工作面和二次回采工作面的中心线。图中X为钻孔(测线)在x方向的投影长度，Y为钻孔(测线)在y方向的投影长度，H为测线终点承压水含水层顶板距离煤层底板的垂直距离。右侧为一次回采工作面回采后的采空区，左侧为二次回采工作面回采后的采空区；充填有黑色线条的为煤体；煤层底板从上到下分别为砂质泥岩2、砂岩3、铝土质泥岩4和灰岩承压含水层5。三条圈画线条为铺设的电阻率测线，测线一和测线三的起始位置为巷道的停采线位置，终点位置分别为巷道口向一次回采工作面和二次回采工作面的下面在x、y方向上投影距离分别为X、Y，在z方向上距离煤层底板向下H处。测线二的起始位置为巷道的停采线位置，终点位置为巷道内距离巷口距离为Y的巷道底板处。
步骤五：测量电阻率，并绘制电阻率三维等势图；
将连接有巷道电极与钻孔电极的各个电缆与安徽惠洲地质安全研究院股份有限公司生产的并行直流电法仪连接，应用ABM和AM两种方法测量煤层底板地质体的电阻率，绘制电阻率三维等势图。
步骤六：根据电阻率三维等势图，确定底板破坏深度值和底板破坏深度的分布特征，得到深度的分布规律。具体过程如下：
根据电阻率三维等势图，结合钻孔取芯、压水试验、钻孔窥视等方法，确定底板破坏深度值和底板破坏深度的分布特征，得到深度的分布规律。

Claims (3)

1.一种承压水体上无煤柱开采的底板破坏深度的探查方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤一：确定各个钻孔的开孔位置，钻孔在x方向的投影长度X以及钻孔在y方向的投影长度Y；其中，x方向为与巷道垂直的水平方向，y为平行于巷道的水平方向；其中，钻孔的开孔位置为巷道的停采线处；
步骤二：测绘开孔位置的煤层底板高程值H1；测绘在x和y方向上距离钻孔开孔位置为X、Y所对应的点的煤层底板高程值H2；
步骤三：根据底板高程值H1、底板高程值H2和底板结构确定钻孔的方位角和倾角，并在确定的开孔位置开始施工；具体过程如下：
根据X和Y，确定钻孔与巷道的夹角A，测量巷道的方位，进而计算得到钻孔的方位角；
Figure FDA0003001891700000011
根据开孔位置处的煤层底板高程值H1、x和y方向上距离钻孔开孔位置为X、Y所对应的点的煤层底板高程值H2、承压含水层顶板距离煤层底板的垂直距离H和X、Y，采用下式计算钻孔的长度L和倾角α；
Figure FDA0003001891700000012
Figure FDA0003001891700000013
步骤四：在巷道和钻孔中分别埋置巷道电极和钻孔电极，布置测线；其中，埋置巷道电极的具体过程为：用两芯电缆一端分别与巷道电极连接，另一端铺设至巷道停采线位置处；巷道电极从巷道停采线位置均匀布置到距离巷道停采线长度为Y的位置处；其中，巷道电极的一端为楔形或者尖角状；
步骤五：测量电阻率，并绘制电阻率三维等势图；
步骤六：根据电阻率三维等势图，确定底板破坏深度值和底板破坏深度的分布特征，得到深度的分布规律。
2.根据权利要求1所述的一种承压水体上无煤柱开采的底板破坏深度的探查方法，其特征在于，步骤一中，X为工作面的最大来压步距和工作面长度二分之一中的较小值；Y为大于采空区的未压实长度，或者为来压步距的2倍以上。
3.根据权利要求1所述的一种承压水体上无煤柱开采的底板破坏深度的探查方法，其特征在于，步骤四中，埋置钻孔电极的具体过程为：采用若干根PVC管，一端安装钻孔电极并将PVC管首尾连接，塞入钻孔，每个钻孔电极分别连接一根电缆，将每根电缆从PVC管中穿过，铺设至孔口；钻孔电极全孔均匀铺设，用水泥对钻孔进行封孔；其中，钻孔电极为铜线圈或者金属弹片。
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