一种基于压裂原理的老空区探测方法
【专利摘要】本发明公开一种基于压裂原理的老空区探测方法，属于矿井防治老空水【技术领域】，包括以下步骤：(1)施工钻孔；(2)钻孔孔口端封孔；(3)向钻孔内高压注水；(4)观测水流量、压力变化；(5)判定是否有老空区；(6)老空区放水。本发明利用高压水泵向钻孔内注入高压水流，渗入到煤层中，当煤层中存在老空区时，由于老空水的压力远低于高压水，高压水突破煤柱，大量流入老空区内，导致注水管上流量表示数突然增大，压力表示数迅速减小；反之，若注水过程中流量表示数变化不大，压力表示数保持不变，则证明无老空区存在。采用本方法探测老空区不会产生遗漏，探测过程快捷有效，能及时有效的将老空水排出，切实保证井下施工作业的安全。
【专利说明】一种基于压裂原理的老空区探测方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于压裂原理的老空区探测方法，属于矿井防治老空水【技术领域】。
【背景技术】
[0002]已采掘的旧巷及空洞内，常有大量积水，称为老空水。老空水是目前威胁矿井安全的最重要的水害形式。老空水突水具有瞬时水量大、来势凶猛、易造成人员伤亡事故等特点。近年来，老空水所造成的人员伤亡事故时有发生，如2009年山西王家岭煤矿发生水害事故，造成38人死亡，就是由老空水引起的。
[0003]老空水危害严重，但老空水探查十分困难，主要原因在于，老空区的分布不同于含水层、断层等，可以说是毫无规律性可言。特别是一些与大面积老空区相连接的小巷道，包括小煤窑开采时的探巷，往往成为探查中的漏网之鱼，而这些探巷，因与大面积老空区连通，采掘过程中一旦接通这种探巷，会引发灾难性事故。
[0004]目前对老空水的探查，主要以井下掘进过程中边掘边探为主要方法。在“煤矿防治水规定”中，详细规定了巷道超前探查老空水的钻探要求:探测范围要求为帮距30m，钻孔密度垂向上孔距不大于2m，横向上孔距不大于3m。如此高的密度，在实际操作过程中基本上是无法完成的。但不按此密度施工钻孔，又存在遗漏老空区(小探巷)的可能性。
[0005]因此，目前迫切需要一种既能保证不会出现遗漏，又能快捷有效地老空水探测方法，切实保证井下施工作业安全。
【发明内容】
[0006]针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种基于压裂原理的老空区探测方法，对井下老空区的探测无遗漏，探测方便快捷，有效预防老空水的危害，保证矿井作业安全。
[0007]为了实现上述目的，本发明采用的一种基于压裂原理的老空区探测方法，包括以下步骤，
[0008](1)施工钻孔:在巷道迎头按巷道将掘进的方向施工一个钻孔，钻孔深度不小于100m，钻孔倾角与煤层平行；
[0009](2)钻孔孔口端封孔:在已施工好的钻孔中预留一注水管，注水管长度不小于50m，然后在距钻孔开口处后端25-35m位置封孔；
[0010](3)向钻孔内高压注水:将注水管接上阀门、流量表和压力表，然后接上注水设备，打开注水设备向钻孔内注水，具体压力数值根据煤层的强度和地应力的大小确定；
[0011](4)观测水流量、压力变化:注水过程中观察流量表和压力表的示数变化，绘制相应的曲线图；
[0012](5)判定是否有老空区:如果流量表示数突然增大，同时压力表示数突然减小，表明前方存在老空区，停止注水，通过钻孔进行放水，如果有老空水流出，进一步证实老空区的存在；如果注水过程中流量表示数变化不大，压力表示数保持不变，表明前方为实体煤，不存在老空区；
[0013](6)老空区放水:当探测到存在老空水时，卸去注水设备，将注水管作为放水管，打开阀门，将钻孔内的老空水排出。
[0014]进一步的，步骤(2)中距钻孔开口处后端30m位置封孔。
[0015]进一步的，步骤(2)中封孔采用化学浆液、水泥浆加水玻璃或采用物理方法封孔。
[0016]进一步的，步骤(3)中注水压力不小于5MPa。
[0017]进一步的，步骤(3)中注水设备为高压水泵。
[0018]进一步的，步骤(4)中流量表和压力表要同时观测。
[0019]本发明的压裂原理是:利用注水设备向钻孔内注入高压水流，高压水渗入到煤层中，当煤层中存在老空区时，由于老空水的压力远低于高压水，高压水突破煤柱，大量流入老空区内，导致注水管上流量表示数突然增大，压力表示数迅速减小；当煤层中无老空区存在时，高压水在实体煤中只能缓慢渗透，此时注水过程中流量表示数变化不大，压力表示数保持不变。
[0020]采用本发明的方法在矿井中探测老空区不会产生遗漏，避免井下施工作业存在安全隐患，探测过程快捷有效，能及时有效的将老空水排出，切实保证井下施工作业的安全。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1为本发明的工艺流程图。
【具体实施方式】
[0022]下面结合附图及实施例对本发明作进一步说明。
[0023]实施例一
[0024]按照图1所示的工艺流程，在山西襄垣晋平煤矿进行采掘作业时，采用本发明的方法进行老空区探测作业，具体包括以下几个步骤:
[0025](1)在晋平煤矿715回风巷道迎头按巷道将掘进的方向(方位角185° )，施工一个钻孔，钻孔深度为120m，钻孔倾角与煤层平行，角度为5° ；
[0026](2)钻孔完成后在孔中预留一注水管，注水管长度为70m，然后在距钻孔开口处后端约30m位置用水泥水玻璃注浆封孔，使水管固定在钻孔内，确保向钻孔内注入高压水时，不会在钻孔开口处发生渗漏，影响对老空区的判断；
[0027](3)将注水管接上阀门、流量表和压力表，然后接上高压水泵，打开水泵向钻孔内注水，根据715回风巷道中煤层的强度和地应力的大小，最终选择注水压力为8MPa，钻孔内水流与老空水间存在压力差，此时若煤层中钻孔内水渗透至老空区，由于水压差的存在，使煤层中产生裂缝，钻孔内水流大量涌入老空区，通过注水管上流量表、压力表的示数变化，准确有效的判定老空区的存在；
[0028](4)注水过程中观察流量表和压力表的示数变化，绘制相应的时间-流量、时间-压力曲线图，流量表和压力表要同时观测，只有当流量表快速增加、压力表示数快速降低，在曲线图上表现为切线斜率发生明显变化(当流量表、压力表示数稳定时，曲线的切线斜率无变化)，才表明钻孔附近存在老空区，探测结果更精确，有效保障井下作业安全；
[0029](5)采掘施工作业时，在晋平矿715回风巷道中先后进行了 4次钻孔探测，前3个钻孔注水过程中流量表示数变化不大，压力表示数保持不变，表明钻孔附近为实体煤，不存在老空区，可以正常进行采掘作业，没有影响工期，第4个钻孔注水时流量表示数突然增大，同时压力表示数突然减小，表明前方存在老空区；
[0030](6)由于第4个钻孔探测存在老空区，于是采取应对措施，卸去注水管上的高压水泵，将注水管作为放水管，打开阀门，将钻孔内的老空水排出，后续施工中，果然发现了老空区，由于提前采取了有效的排水预防措施，没有发生人员伤亡，也没有耽误采掘作业。
[0031]实施例二
[0032]采用本发明的探测方法，在襄垣晋平煤矿625回风巷道进行探测作业，施工步骤为，
[0033](1)在晋平煤矿625回风巷道迎头按巷道将掘进的方向(方位角185° )，施工一个钻孔，钻孔深度为100m，钻孔倾角与煤层平行，角度为5° ；
[0034](2)钻孔完成后在孔中预留一注水管，注水管长度为50m，然后在距钻孔开口处后端25m位置用化学浆液注浆封孔，使水管固定在钻孔内，确保向钻孔内注入高压水时，不会在钻孔开口处发生渗漏，影响对老空区的判断；
[0035](3)将注水管接上阀门、流量表和压力表，然后接上高压水泵，打开水泵向钻孔内注水，根据煤矿中625回风巷道内煤层的强度和地应力的大小，最终选择注水压力为5MPa ；
[0036](4)该步骤同实施例一中操作一致；
[0037](5)采掘施工作业时，在晋平矿625回风巷道中先后进行了 3次钻孔探测，第1、3个钻孔注水过程中流量表示数变化不大，压力表示数保持不变，表明钻孔前方为实体煤，不存在老空区，因此正常进行采掘作业，没有影响工期，第2个钻孔注水时流量表示数突然增大，同时压力表示数突然减小，表明前方存在老空区；
[0038](6)由于第2个钻孔探测存在老空区，于是采取紧急应对措施，卸去注水管上的高压水泵，将注水管作为放水管，打开阀门，将钻孔内的老空水排除，后续采掘施工至该段时，果然发现了废弃的老空巷道，由于提前采取了有效的排水预防措施，没有发生老空水突水导致的人员伤亡，也没有耽误采掘作业。
[0039]实施例三
[0040]在襄垣晋平煤矿502回风巷道进行探测施工作业，施工步骤为，
[0041](1)在502回风巷道迎头按巷道将掘进的方向(方位角185° )，施工一个钻孔，钻孔深度为150m，钻孔倾角与煤层平行，角度为5° ；
[0042](2)钻孔完成后在孔中预留一注水管，注水管长度为90m，然后在距钻孔开口处后端35m位置用物理方法注浆封孔，使水管固定在钻孔内，确保向钻孔内注入高压水时，不会在钻孔开口处发生渗漏，影响对老空区的判断；
[0043](3)将注水管接上阀门、流量表和压力表，然后接上高压水泵，打开水泵向钻孔内注水，根据煤矿中502回风巷道内煤层的强度和地应力的大小，最终选择该巷道内注水压力为lOMPa ；
[0044](4)该步骤同实施例一中操作一致；
[0045](5)采掘施工时，由于502回风巷道地势结构复杂，为了保证施工安全，先后进行了 5次钻孔探测，第1、2、4个钻孔注水过程中流量表示数变化不大，压力表示数保持不变，表明前方为实体煤，不存在老空区，因此在该钻孔附近可以正常进行采掘作业，没有因为探测老空区影响采掘工期，也没有遗留安全隐患，第3、5个钻孔注水时流量表示数突然增大，同时压力表示数突然减小，表明钻孔附近存在老空区；
[0046](6)对于施工中发现的第3、5钻孔附近存在老空区，工程人员采取紧急应对措施，卸去注水管上的高压水泵，将注水管作为放水管，打开阀门，将钻孔内的老空水排出，后续采掘施工至该段时，果然分别发现了废弃的煤矿采空区、巷道，由于提前采取了有效的排水预防措施，没有发生人员伤亡，也没有耽误采掘作业。
【权利要求】
1.一种基于压裂原理的老空区探测方法，其特征在于，包括以下步骤， (1)施工钻孔:在巷道迎头按巷道将掘进的方向施工一个钻孔，钻孔深度不小于100m，钻孔倾角与煤层平行； (2)钻孔孔口端封孔:在已施工好的钻孔中预留一注水管，注水管长度不小于50m，然后在距钻孔开口处后端25-35m位置封孔； (3)向钻孔内高压注水:将注水管接上阀门、流量表和压力表，然后接上注水设备，打开注水设备向钻孔内注水，具体压力数值根据煤层的强度和地应力的大小确定； (4)观测水流量、压力变化:注水过程中观察流量表和压力表的示数变化，绘制相应的曲线图； (5)判定是否有老空区:如果流量表示数突然增大，同时压力表示数突然减小，表明前方存在老空区，停止注水，通过钻孔进行放水，如果有老空水流出，进一步证实老空区的存在；如果注水过程中流量表示数变化不大，压力表示数保持不变，表明前方为实体煤，不存在老空区； (6)老空区放水:当探测到存在老空水时，卸去注水设备，将注水管作为放水管，打开阀门，将钻孔内的老空水排出。
2.根据权利要求1所述的一种基于压裂原理的老空区探测方法，其特征在于:所述步骤(2)中距钻孔开口处后端30m位置封孔。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于压裂原理的老空区探测方法，其特征在于:所述步骤(2)中封孔采用化学浆液、水泥浆加水玻璃或采用物理方法封孔。
4.根据权利要求1所述的一种基于压裂原理的老空区探测方法，其特征在于:所述步骤(3)中注水压力不小于5MPa。
5.根据权利要求1所述的一种基于压裂原理的老空区探测方法，其特征在于:所述步骤(3)中注水设备为高压水泵。
6.根据权利要求1所述的一种基于压裂原理的老空区探测方法，其特征在于:所述步骤(4)中流量表和压力表要同时观测。
【文档编号】E21F16/00GK104358558SQ201410454295
【公开日】2015年2月18日 申请日期:2014年9月5日 优先权日:2014年9月5日
【发明者】许进鹏 申请人:许进鹏