奥灰顶部充填带结构判别指标及确定方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种含水地质结构判别指标及确定方法，特别是一种奥灰顶部充填带 结构判别指标及确定方法。
【背景技术】
[0002] 奥陶系灰岩一直作为华北型煤田区域上强含水层，是下组煤开采水害威胁的主要 对象。且随着采深增加，水压增高，危险性越来越大。据估算，我国华北型煤田受深部高承 压奥灰水威胁（突水系数大于0. IMPa/m)的煤炭地质储量约150亿吨。因此，如何实现下 组煤安全带压开采，降低开采成本是近年来华北型煤田探索的目标。
[0003] 新世纪年W前，学者多把焦点放在下组煤开采奥灰突水危险性评价或突水的机理 研究上，忽略了奥陶系灰岩顶部为古风化壳、其地质组成结构和充填特征在许多矿井（区） 可作为隔水层、弱隔（透）水层（适宜注浆改造为隔水层）的意义。新世纪W来，随着华北 型煤田一些矿井开采深度已接近奥灰突水系数临界值，该样导致很大一部分埋深较大的下 组煤不能被释放出来。如何实现下组煤的安全开采成为该阶段所面临的问题。基于大量的 现场抽（放）水试验，表明有些钻孔初进奥灰时水量很小或无水，表明奥灰顶部为低渗介 质，可W作为隔水层直接加W利用。而现场抽、放水试验也表明，一部分钻孔在进入奥灰顶 部时出水量中等或出水量与下伏奥灰强含水层无区别，该表明充填带的渗透性差异较大， 不能笼统的当做隔水层加W利用。从岩体结构控制渗流角度出发，认为该带结构是控制充 填带表现不同渗透性的关键因素。
[0004] 奥灰顶部充填带的类型划分及其隔水性利用，已被逐渐认识和少数开采实践矿井 证实。但如何确定充填带的类型，目前主要是利用钻探取巧观察描述、裂隙统计等方法大 致、定性划分充填带类型，人为主观因素较大，缺乏定量指标确定方法。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的是要提供一种奥灰顶部充填带结构判别指标及确定方法，解决利用 钻探取巧观察描述、裂隙统计方法大致、定性划分充填带类型，人为主观因素较大，缺乏定 量指标确定方法的问题。
[0006] 本发明的目的是该样实现的：本发明包括结构判别指标及结构确定方法；
[0007] 一、所述的结构判别指标；首先确定连续充填、断续充填和无充填=种充填带结 构，依据=种充填带结构确定判别指标为：钻孔单位涌水量q、井下放水量Q和奥灰层段渗 透系数K ;然后再根据=种结构对应不同的隔水性能分别确定各指标的阔值；
[000引各指标的是用如下方法获取的，具体说明如下：
[0009] 1、首先对充填带野外露头进行大量取样，调查充填带裂隙的被泥质充填情况，提 出充填带依据裂隙被充填的程度，可识别为；连续充填、断续充填和无充填=种充填带结 构；S种充填带结构所对应的充填带类型分别为隔水型、弱透水型和富水型；
[0010] 2、当充填带埋深深度大于300m时，依据抽、放水试验而确定充填带结构的S种指 标，即；钻孔单位涌水量q、井下放水量Q和奥灰层段渗透系数K ;
[0011] 2-1、钻孔单位涌水量q指标的获取；地面钻孔根据岩巧采取率、冲洗液消耗量及 泥质发育程度，综合确定充填带的发育终止深度；确定岩性采取率小于50%，泥质发育的 终止深度，为充填带的发育终止深度；从而确定抽水试验的层段为自进入奥灰至该深度的 层段，依据公式（1)计算得该层段的q值；
[0012]
【主权项】
1. 一种奥灰顶部充填带结构判别指标及确定方法，其特征是：本发明包括结构判别指 标及结构确定方法； (一）、所述的结构判别指标：首先确定连续充填、断续充填和无充填三种充填带结构， 依据三种充填带结构确定判别指标为：钻孔单位涌水量q、井下放水量Q和奥灰层段渗透系 数K;然后再根据三种结构对应不同的隔水性能分别确定各指标的阈值； 各指标的是用如下方法获取的，具体说明如下： (1) 、首先对充填带野外露头进行大量取样，调查充填带裂隙的被泥质充填情况，提出 充填带依据裂隙被充填的程度，可识别为：连续充填、断续充填和无充填三种充填带结构； 三种充填带结构所对应的充填带类型分别为隔水型、弱透水型和富水型； (2) 、当充填带埋深深度大于300m时，依据抽、放水试验而确定充填带结构的三种指 标，即：钻孔单位涌水量q、井下放水量Q和奥灰层段渗透系数K; (2-1)、钻孔单位涌水量q指标的获取：地面钻孔根据岩芯采取率、冲洗液消耗量及泥 质发育程度，综合确定充填带的发育终止深度；确定岩性采取率小于50%，泥质发育的终 止深度，为充填带的发育终止深度；从而确定抽水试验的层段为自进入奥灰至该深度的层 段，依据公式（1)计算得该层段的q值；
式中，Q为井流量，m3/s;M为抽水层段厚度，m;sw为井中水位降深，m;R为影响半径，m;rw为抽水井的半径，m; (2-2)、井下放水量Q指标的获取：对井下钻孔进行放水试验，每2m记录该层段的放水 量；对没有如此大密度记录的以往井下放水试验，对其所记录的放水量Q，进行拟合分析， 以某一放水钻孔的拟合公式进行说明，公式（2)并得到自进入进奥灰各深度的放水量值； Q= 63. 561n(x)-483. 8 (2) 式中，x为进入奥灰的深度，m;Q进入到奥灰各深度的涌水量，m3/s; (2-3)、渗透系数K的获取：对井下钻孔进行放水试验，分别记录各层段的稳定水压Pp及放水过程中阀门关死时的瞬时水压匕，即代表该层段放水试验过程中的水压值，计算出 放水过程中的实际降深值S，依据公式（3) (4)，计算得出该层段的渗透系数K;
式中，K为渗透系数，cm/s;其他参数与公式（1)意义相同； (3) 、钻孔单位涌水量q指标、井下放水量Q指标与渗透系数K指标的阈值的确定方法， 具体步骤如下： (3-1)、确定钻孔单位涌水量q的阈值：因连续充填结构为隔水的，在抽水试验中q〈0. 001L/s.m时，抽水层段表现隔水，确定q〈0.OOlL/s.m的层段为隔水型充填带；因断 续充填结构为弱透水的，在抽水试验中〇. 〇〇l〈q〈〇. 01L/s.m时，抽水层段表现弱透水，确 定0. 001〈q〈0. 01L/s.m的层段为弱透水型充填带；因无充填结构为富水的，在抽水试验中 q>0. 01L/s.m时，抽水层段表现富水，确定q>0. 01L/s.m的层段为富水型充填带； (3-2)、确定井下放水量Q的阈值：充填带的结构富水性与3-1步骤相同，依据步骤1确 定的q阈值与埋深深度大于300m平均降深的乘积，得到Q的阈值；以埋深深度大于300m下 组煤的赋存位置，确定其奥灰水压值为4个水平，分别为3MPa、4MPa、5MPa、6MPa，并假定抽、 放水试验水位降深为最大降深，即分别为300m、400m、500m、600m;确定钻孔涌水量的阈值； (3-3)、确定渗透系数K的阈值：充填带的结构富水性与3-1步骤相同，在抽水试验中渗 透系数K〈l(T5Cm/S时，试验层段表现为隔水，确定K〈l(T5Cm/S为隔水型充填带；在抽水试验 中渗透系数l(T5〈K〈l(T4cm/s时，试验层段表现为弱透水，确定KT5〈K〈l(T4cm/s为弱透水型 充填带；在抽水试验中，渗透系数K>l(T4cm/s时，试验层段表现为富水，确定K>l(T4cm/s为 富水型充填带； (二）、所述的结构确定方法，具体步骤如下： (1) 、依据上述评价指标及其阈值、综合确定充填带的类型及各类型的厚度，对于隔水 型充填带直接可作为隔水层加以利用；对于弱透水型充填带，可经注浆改造后加以利用； 富水型充填带与下伏奥灰渗透性无异，不可作为隔水层利用； (2) 、绘制隔水型充填带的厚度等值线图、未考虑隔水型充填带的突水系数等值线图、 考虑隔水型充填带的突水系数等值线图；并把上述两张等值线图进行对比、分析，确定下组 煤的安全开采区域。
【专利摘要】一种奥灰顶部充填带结构判别指标及确定方法，属于含水地质结构判别指标及确定方法。将埋深深度大于300m型煤田基底奥灰顶部充填带划分为3种类型：隔水充填带、弱隔水充填带、富水带；隔水充填带可直接作为隔水层利用，弱隔水充填带可以通过注浆改造为隔水层后加以利用，二者的判别及发育深度即厚度的确定，对埋深深度大于300m型煤田深部矿井下组煤开采奥灰水害防治意义重大；依据钻孔单位涌水量q值、井下钻孔放水试验Q值、渗透试验K值，划分奥灰顶部隔水充填带类型，给出了类型判别指标阈值及其确定。优点：本发明的结构判别指标均是从常规水文试验中获取，获取方法相对简单，易于现场人员操作，便于现场应用实践，应用前景广阔。
【IPC分类】G01N33-24
【公开号】CN104569352
【申请号】CN201510037370
【发明人】李文平, 官云章, 柴辉婵, 刘瑞新, 乔伟, 胡东祥, 王宗胜, 刘强强
【申请人】中国矿业大学
【公开日】2015年4月29日
【申请日】2015年1月23日