CN114278217A

CN114278217A - 一种探测采煤工作面隐伏构造的钻探方法

Info

Publication number: CN114278217A
Application number: CN202111327579.9A
Authority: CN
Inventors: 杨东岳; 崔进孝; 马福阳; 白刚; 冯亮亮; 郑建勤; 牛涛涛
Original assignee: Shengtai Coal Industry Co Ltd Of Shanxi Coal Transportation And Marketing Group
Current assignee: Shengtai Coal Industry Co Ltd Of Shanxi Coal Transportation And Marketing Group
Priority date: 2021-11-10
Filing date: 2021-11-10
Publication date: 2022-04-05

Abstract

本发明属于煤矿地质灾害防治技术领域，涉及一种探测采煤工作面隐伏构造的钻探方法；具体是先绘制采煤工作面煤层顶底板等高线图；将异常区域绘制在等高线图上；设计钻孔：同等距离下，异常区域的钻孔组数是异常区域以外钻孔数量的2‑3倍；初步设出每个钻孔的开孔位置、方位、终孔位置、水平长度；确定终孔标高即为该处的煤层顶底板标高；计算钻孔的长度、倾角参数；对所有钻孔钻探的异常位置和钻轨实际轨迹和窥视进行对比、分析确定采煤工作面的异常区位置；本发明有效提高钻探的效率，节省钻探工程量；采取不同的方法，对工作面地正常区域和异常区域进行钻探验证，提高隐伏地质构造超前探测的精确性。

Description

一种探测采煤工作面隐伏构造的钻探方法

技术领域

本发明属于煤矿地质灾害防治与煤炭开采技术、安全管理技术领域，涉及一种探测采煤工作面隐伏构造的钻探方法。

背景技术

近年来，随着采煤综合机械化程度的不断提高，对矿井开采地质条件的查明精度程度的要求也越来越高，为适应现代化高效高产生产的需要，在采煤工作面回采前精确查明隐伏地质构造体成为煤矿安全高效采煤的一个必要条件，但国内目前较为准确的超前地质情况预报技术/方法几乎未见系统报道，相关应用案例更少，尤其是针对煤矿采煤工作面中的等隐伏构造，准确/精确的查清查明采煤工作面中的隐伏地质构造超前探测预测预报技术显得极为迫切和需要。

目前，煤矿采煤工作面在回采前，需要通过物探、钻探、化探等不同的方法对工作面中存在的断层、陷落柱、老窑、岩浆岩侵入体、冲刷带等构造等情况进行探测，准确查明构造存在的位置、范围、为工作面的正常安全生产创造条件。应用于煤矿井下的较为完整和精确的地质构造超前预判方法尚在探索中，目前煤矿井下主要采用瞬变电磁仪探测技术、槽波地震探测技术、坑道无线电波透视技术、直流电技术等方法进行采煤工作面地质情况的预测预报。其中，主要方法有槽波地震探测和坑道无线电波透视法，但通过物探仅能够查明采煤工作面存在的断层、陷落柱、老窑、岩浆岩侵入体、冲刷带等构造的粗略位置、范围等，对构造地具体位置、范围、大小、要素等还需要进一步的查明，以便在回采之前采取安全、技术等措施，合理避开或采取平推硬过的方法，为安全生产提供可靠的基础资料和依据。

所以目前的探测技术均存在准确度不高的问题，更受水、施工器械、电气设备、电力电缆以及金属等因素干扰的影响，同时探测结果与分析处理人员的技术水平、专业知识、业务水平、现场经验密切相关，各种探测方法的使用条件不同，适用领域也不相同。

为此，针对当前煤矿井下采煤工作面中的隐伏地质构造超前探测技术的不足和需求，亟待研发一种高效、准确、简便、系统的地质构造超前探测方法。

发明内容

本发明克服了现有技术的不足，提出一种探测采煤工作面隐伏构造的钻探方法。

为了达到上述目的，本发明是通过如下技术方案实现的。

一种探测采煤工作面隐伏构造的钻探方法，包括以下步骤：

a）绘制采煤工作面煤层顶底板等高线图。

b）探测异常区域的位置范围，将异常区域绘制在所述的等高线图上。

c）钻孔设计：对异常区域和异常区域以外的区域进行钻孔布置：同等距离下，异常区域的钻孔组数是异常区域以外钻孔数量的2-3倍；从在运输或回风顺槽的一侧向另一顺槽相对位置垂直打对穿钻孔，钻孔的终孔分别钻至煤层底板、煤层中、煤层顶板。

d）初步设出每个钻孔的开孔位置、方位、终孔位置、水平长度。

e）在钻孔设计的开孔位置测定开孔处的标高，根据煤层底板等高线预测终孔位置的煤层底板标高和煤厚，推测煤层顶板标高，确定终孔标高即为该处的煤层顶底板标高。

f）根据每个钻孔开孔位置处的标高和钻孔的终孔位置的标高、水平长度，计算出钻孔的长度、倾角参数。

g）所有钻孔完成后对所有钻孔钻探的异常位置和钻轨实际轨迹和窥视进行对比、分析确定采煤工作面的异常区位置，并确定构造的要素。

优选的，步骤a中，是根据采煤工作面所揭露的进/回风顺槽、切眼顶底板高程以及采区、矿井底板等高线，来绘制采煤工作面煤层顶底板等高线图。

优选的，步骤b中，利用槽波或坑透无线电波透视法来探测异常区域的位置范围。

优选的，步骤c中，同等距离下，异常区域的钻孔组数是异常区域以外钻孔数量的2倍，每组3个钻孔。

优选的，步骤d中，在钻孔设计的位置测定开孔的顶底板高程，结合煤层底板等高线初步设出每个钻孔的开孔位置、方位、终孔位置、水平长度。

优选的，步骤f中，利用CAD作剖面图法标定出钻孔的长度、倾角参数。

钻探完成后对钻孔的实际轨迹用钻孔轨迹仪和窥视仪进行实测，并对钻孔设计参数与实际参数进行对比、分析。

本发明相对于现有技术所产生的有益效果为：

本发明根据物探结果对可能存在的异常区域重点进行探测，加大探测的钻孔密度和钻孔数量。根据矿井及采区、采煤工作面实际揭露煤层底板情况修改完善采煤工作面煤层底板等高线图；根据等高线图推测钻孔终孔位置煤层的顶底板标高，然后根据钻孔的开孔标高和终孔位置的标高，分别确定各个钻孔的倾角。用作图软件CAD，根据两顺槽以及煤层顶底板作煤层剖面图，根据钻孔开口位置标高和煤层顶底板标高，作图法确定钻孔，用CAD标注功能，标定出钻孔的参数。

本发明有效提高钻探的效率，节省钻探时间，节省钻探工程量；采用系统思维方法、综合运用多种探测技术进行分析分析验证；抓住主要问题和重点。采取不同的方法，对工作面地正常区域和异常区域进行钻探验证，提高隐伏地质构造超前探测的精确性。

附图说明

图1为实施例中探测的正常区域和异常区域的等高线图。

图2为图1中异常区域相对两组钻孔的剖面图。

1为正常区域内每组钻孔的间距，2为异常区域内每组钻孔的间距，3为预测煤层顶板，4为15101回风顺槽H7钻场，5为15101运输顺槽Y7钻场；11为H7钻场1#孔；12为H7钻场2#孔；13为H7钻场3#孔；21为Y7钻场1#孔；22为Y7钻场2#孔；23为Y7钻场3#孔。

具体实施方式

为了使本发明所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，结合实施例和附图，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。下面结合实施例及附图详细说明本发明的技术方案，但保护范围不被此限制。

一种探测采煤工作面隐伏构造的钻探方法，具体为以下步骤：

1、在采煤工作面圈成后，根据采煤工作面所揭露的进、回风顺槽、切眼顶底板高程以及采区、矿井底板等高线、绘制采煤工作面煤层顶底板等高线图。如图1所示，是探测的正常区域和异常区域的等高线图。利用槽波或坑透无线电波透视法探测采煤工作面可能存在异常区域、位置、范围，将异常区域位置、范围绘制在采煤工作面等高线图上。

2、利用钻探方法对物探异常区域进行钻探设计。对异常区域以外部分，即图1中A和C对应的部分，沿两顺槽每50米，分别施工1组钻孔，每组3个钻孔，图1中标号1为正常区域内每组钻孔的间距。终孔分别钻至煤层中、煤层顶板岩层、煤层底板岩层。对异常区域即图1中B对应的部分，沿两顺槽每25米，分别施工1组钻孔，图1中标号2为异常区域内每组钻孔的间距；从在运输（或回风）顺槽的一侧向另一顺槽相对位置垂直打对穿钻孔。每组3个钻孔，终孔分别钻至煤层底板、煤层中、煤层顶板。

3、在钻孔设计的位置测定开孔的顶底板高程，结合煤层底板等高线，初步设出每个钻孔的开孔位置、方位、终孔位置、水平长度。

4、在钻孔设计的开孔位置测定开孔处的标高，根据煤层底板等高线预测终孔位置的煤层底板标高和煤厚，推测煤层顶板标高，确定每组中3个钻孔的终孔标高即为该处的煤层顶底板标高。

5、根据每个钻孔开孔位置处的标高和钻孔的终孔位置的标高、水平长度，计算出钻孔的长度、倾角等参数。也可利用CAD作剖面图法，利用CAD的标注功能，标定出钻孔的长度、倾角等参数。

6、所有钻孔完成后对所有钻孔钻探的异常位置和钻轨实际轨迹和窥视进行对比、分析确定采煤工作面的异常区位置。并确定构造的要素。

以15101回风顺槽H7钻场和15101运输顺槽Y7钻场为例，H7钻场其中一组钻孔从15101回风顺槽预测煤层顶板钻至中部的煤层顶板，对向的15101运输顺槽Y7钻场其中一组钻孔从15101运输顺槽预测煤层顶板钻至中部的煤层顶板，如图2所示，

H7钻场1#孔11：深度90.01米，倾角 0°38'11"；

H7钻场2#孔12：深度90.06米，倾角2°0'54"；

H7钻场3#孔13：深度90.14米，倾角3°10'47'；

预测H7钻场钻孔终孔位置煤层顶板标高906.3；H7钻场钻孔终孔位置煤层底板标高902.3。

Y7钻场1#孔21：深度90米，倾角 0°11'27"；

Y7钻场2#孔22：深度90.03米，倾角1°27'50"；

Y7钻场3#孔23：深度90.1米，倾角2°44'7'；

预测Y7钻场钻孔终孔位置煤层顶板标高905.7；预测Y7钻场钻孔终孔位置煤层底板标高901.7。

钻探时作业人员应安排现场经验丰富，熟悉本矿煤层上、下各煤岩层特证的相关人员。钻探完成后对钻孔的实际轨迹用钻孔轨迹仪和窥视仪进行实测，并对钻孔设计参数与实际参数进行对比、分析，对异常区进行位置。并填绘相关的平面图、剖面图等。

以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施方式仅限于此，对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定专利保护范围。

Claims

1.一种探测采煤工作面隐伏构造的钻探方法，其特征在于，包括以下步骤：

a）绘制采煤工作面煤层顶底板等高线图；

b）探测异常区域的位置范围，将异常区域绘制在所述的等高线图上；

c）钻孔设计：对异常区域和异常区域以外的区域进行钻孔布置：同等距离下，异常区域的钻孔组数是异常区域以外钻孔数量的2-3倍；从在运输或回风顺槽的一侧向另一顺槽相对位置垂直打对穿钻孔，钻孔的终孔分别钻至煤层底板、煤层中、煤层顶板；

d）初步设出每个钻孔的开孔位置、方位、终孔位置、水平长度；

e）在钻孔设计的开孔位置测定开孔处的标高，根据煤层底板等高线预测终孔位置的煤层底板标高和煤厚，推测煤层顶板标高，确定终孔标高即为该处的煤层顶底板标高；

f）根据每个钻孔开孔位置处的标高和钻孔的终孔位置的标高、水平长度，计算出钻孔的长度、倾角参数；

2.根据权利要求1所述的一种探测采煤工作面隐伏构造的钻探方法，其特征在于，步骤a中，是根据采煤工作面所揭露的进/回风顺槽、切眼顶底板高程以及采区、矿井底板等高线，来绘制采煤工作面煤层顶底板等高线图。

3.根据权利要求1所述的一种探测采煤工作面隐伏构造的钻探方法，其特征在于，步骤b中，利用槽波或坑透无线电波透视法来探测异常区域的位置范围。

4.根据权利要求1所述的一种探测采煤工作面隐伏构造的钻探方法，其特征在于，步骤c

中，同等距离下，异常区域的钻孔组数是异常区域以外钻孔数量的2倍，每组3个钻孔。

5.根据权利要求1所述的一种探测采煤工作面隐伏构造的钻探方法，其特征在于，步骤d中，在钻孔设计的位置测定开孔的顶底板高程，结合煤层底板等高线初步设出每个钻孔的开孔位置、方位、终孔位置、水平长度。

6.根据权利要求1所述的一种探测采煤工作面隐伏构造的钻探方法，其特征在于，步骤f中，利用CAD作剖面图法标定出钻孔的长度、倾角参数。

7.根据权利要求1所述的一种探测采煤工作面隐伏构造的钻探方法，其特征在于，钻探完成后对钻孔的实际轨迹用钻孔轨迹仪和窥视仪进行实测，并对钻孔设计参数与实际参数进行对比、分析。