一种采空区下综放开采全过程两带高度的地面测试方法与流程

1.本发明涉及矿山安全开采领域，特别涉及一种采空区下综放开采全过程两带高度的地面测试方法。


背景技术：

2.井工煤层开采后，必然会引起覆岩变形破坏和裂隙发展，形成通常所说的垮落带和导水裂隙带，即两带。水体下开采两带发育高度是非常重要参数。目前两带高度的获得主要有以下方法：一种是主要参考我国2017年修订的《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规范》中给出的经验公式，但该经验公式仅适用于单层采厚1-3m，累计采厚不超过15m，对现在很多综放开采条件不太适应，否则计算结果相差较大。另一种方法，可根据《导水裂缝带高度的钻孔冲洗液漏失量观测方法》（mt/t865-2000），进行采空区上方通过施工钻孔实测钻孔冲洗液消耗量，但该方法仅对工作面回采后采空区可行，获得的两带高度缺少对比性，两带高度精度不好保证。cn103742127b《一种覆岩垮落带和导水裂隙带高度钻孔电视探测确定方法》发明专利，也仅适合采空区上方施工钻孔，通过钻孔成像对孔壁围岩裂隙进行统计分析获得，但对原生及次生裂隙如何区分缺少对比。cn106772681a《冒落带及导水裂缝带高度的测试方法》发明专利，是一种集计算、物探、注水、钻孔电视和模拟于一体的测试组合方法，但仅适合采空区上方施工钻孔，缺少回采全过程对比观测。以上规范和方法均考虑在采空区进行探查，均未考虑采空区下采前、采中和采后全过程综放开采顶板两带高度问题。
3.根据研究区预采工作面地质、水文地质和开采条件，结合上覆采空区分布特征，预开采煤层属于下组煤厚煤层，平均厚度6.0m，综放开采；该煤层上覆有上组煤3-5薄煤层采空区，下组煤开采产生的导水裂隙带高度能否波及到上组煤采空区是保证工作面安全回采的关键。
4.因此，研究开发一种采空区下综放开采全过程两带高度的地面测试方法，是十分必要的。
5.上述背景技术的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为该信息构成已为本领域普通技术人员所知悉的公知技术。


技术实现要素：

6.为解决背景技术未解决的问题，本发明提供一种采空区下综放开采全过程两带高度的地面测试方法，即采空区下综放开采全过程的垮落带和导水裂隙带高度的地面测试方法，该方法可进行采前、采中和采后进行全过程测试采空区下综放开采两带发育高度，对比分析后可准确获得两带高度量化取值。
7.本发明是以如下技术方案实现的：一种采空区下综放开采全过程两带高度的地面测试方法，该方法通过对采前、采中和采后进行全过程测试采空区下综放开采两带发育高度，对比分析后准确获得两带高度量化取值；具体包括如下步骤：
（1）回采工作面形成后按周期来压4-5倍间距超前在工作面内进行地面钻孔设计和施工，保证钻孔到工作面间距60m-70m要施工完毕；（2）采前施工钻孔并进行钻孔冲洗液消耗量和钻孔电视成像观测，然后封孔到上覆采空区底板；（3）工作面在钻孔的前后60m-70m范围内采动中观测钻孔中水位变化及井下工作面涌水量变化；（4）工作面推过钻孔1-2个月再进行钻孔施工，获得采后钻孔冲洗液消耗量和钻孔电视成像观测；（5）然后进行采前和采后钻孔冲洗液消耗量、钻孔电视成像对比,并进行采中钻孔水位和工作面涌水量对比，最终准确获得两带发育高度量化取值。
8.进一步地，步骤（2）所述的采前测试是根据工作面煤岩层产状及回采方向，采前选择工作面两巷道向内40m合适位置施工两个地面钻孔，钻孔直径133mm，套管直径127mm，套管下到上组煤采空区顶板后施工到采空区底板，进行采空区简易抽水试验探查上组煤采空区富水性；然后以直径94mm施工钻孔，直到见到下组煤底板为止；从上组煤底板到下组煤底板钻孔施工中进行钻孔冲洗液消耗量观测和钻孔成像孔壁围岩观测，获取下组煤非采动影响下上覆岩层原生裂隙发育特征，最后封孔到上组煤采空区底板。
9.进一步地，步骤（3）所述的采中观测钻孔中水位变化及井下工作面涌水量变化是指，工作面在测孔前后各60m-70m进行采动过程中的3-5煤层钻孔老空水水位观测，若钻孔没有揭露3-5煤层采空区，而是揭露完整的3-5煤层，则在5煤层底板注浆封孔后进行钻孔注水，注水水位到孔口，并注意观察到基本稳定，同时进行井下2101工作面涌水量观测，两者尽量同步，观测频次根据工作面推进速度确定。
10.进一步地，步骤（4）所述的采后测试是根据工作面推过测孔1-2个月后再次用钻探直径113mm的钻头进行施工，在施工中进行钻孔冲洗液记录和典型层位的编录，把相关数据记录到相关表格中；施工到位后，进行全孔钻孔成像，录制完成合格后进行全孔水泥封孔安全处理。
11.本发明方法的有益效果是，可进行采前、采中和采后全过程测试采空区下综放开采两带发育高度，对比分析后可准确获得两带高度量化取值。
附图说明
12.图1 是本发明钻孔及测试过程平面图；图2是本发明的一种采空区下综放开采全过程两带高度的地面测试方法的流程图；图3是本发明的一种采空区下综放开采全过程两带高度的地面测试方法的钻孔结构及孔深预算图。
具体实施方式
13.为方便本领域技术人员对本发明更清楚的理解和实施，下面结合附图和实施例对本发明的技术方案进一步详细描述。
14.图1所示是一种采空区下综放开采全过程两带高度的地面测试方法的钻孔及测试
过程平面图，该平面图显示出了2101工作面平面位置、经纬线和指北针，该工作面内已施工的钻孔419和两带孔位置和采前、采中及采后平面分布范围。以两带孔为中心的120m-140m范围属于采中，采中向南属于采前，采中向北属于采后。把两带孔测试分为采前、采中和采后三个阶段。
15.图2所示是一种采空区下综放开采全过程两带高度的地面测试方法的流程图，从该流程图可知,该方法包括采前、采中和采后三个阶段的监测内容及监测数据。采前能获得钻孔施工过程中冲洗液原始漏失量、孔壁原生裂隙特征及原始地层层位分布特征；采中能获得钻孔内老空水水位变化数据和矿井下2101工作面涌水量数据；采后可获得钻孔施工过程中冲洗液再漏失量、孔壁次生裂隙特征及地层层位分布特征。通过采后与采前的钻孔冲洗液漏失量沿深度方向的变化对比曲线、原生裂隙及次生裂隙及地层层位分布等能判断出垮落带和导水裂隙带发育高度；通过采中获得的钻孔内老空水水位变化和工作面涌水量变化对比分析，能准确判断导水裂隙带是否波及到老采空区底板。
16.图3所示是一种采空区下综放开采全过程两带高度的地面测试方法的钻孔结构及孔深预算图。该钻孔结构及孔深预算图对采前、采中及采后三个阶段的钻孔结构和典型层位深度分布特征，1183表示两带孔的地面标高，单位m，q底表示第四系底部；煤层从上到下进行编号，这里3-5煤和15煤属于可采煤层，133mm表示开孔孔径，127mm表示套管直径，然后用直径94mm或113mm的钻头施工到15煤层顶板。采前钻孔设计两带孔下面的15煤还没有开采，故颜色充填黑色表示；采中钻孔设计表示已部分回采，工作面正在向两带孔方向推进，两带孔左侧已形成采空区，右侧为15煤实体；采后钻孔设计表示两带孔附近15煤已回采完毕。
17.结合图1、图2和图3所示，本方法主要包括采前、采中、采后钻孔观测。采前实测主要一是通过钻孔观测冲洗液漏失量得到冲洗液原始漏失量，二是通过钻孔电视窥视获取原生裂隙特征，三是通过标志性层位探查获取原始层位。采中实测主要一是通过对煤层老空水水位监测获取老空水水位是否下降，二是通过工作面涌水量监测获取工作面涌水量是否增加。采后实测主要一是通过钻孔观测冲洗液漏失量再观测得到冲洗液再漏失量，二是通过钻孔电视再窥视获取次生裂隙特征，三是通过标志性层位再探查获取层位对比。具体实施方式步骤如下：
①
采前观测，根据工作面煤岩层产状及回采方向，采前选择工作面两巷道向内40m合适位置设计并施工两带孔地面钻孔，两带孔地面标高1183m，钻孔直径133mm，套管直径127mm，套管下到上组煤采空区3煤层顶板后施工到采空区5煤层底板，进行采空区简易抽水试验探查上组煤采空区富水性。然后以直径94mm施工钻孔，直到见到下组煤底板为止。从上组煤底板到下组煤底板钻孔施工中进行钻孔冲洗液消耗量观测和钻孔成像孔壁围岩观测，获取下组煤非采动影响下上覆岩层原生裂隙发育特征。最后封孔到上组煤采空区底板。
18.②
工作面在测孔前后各60m-70m进行采动过程中的3-5煤层钻孔老空水水位观测，若钻孔没有揭露3-5煤层采空区，而是揭露完整的3-5煤层，则在5煤层底板注浆封孔后进行钻孔注水，注水水位到孔口，并注意观察到基本稳定。同时进行井下2101工作面涌水量观测，两者尽量同步，观测频次根据工作面推进速度确定，工作面正常推进中两带监测孔前后30m之外隔一天观测钻孔水位和井下工作面涌水量，30m之内每天观测一次钻孔水位和井下工作面涌水量。
19.③
工作面推过测孔1-2个月后再次用钻孔直径113mm的钻头进行施工，在施工中仍需要进行钻孔冲洗液记录和典型层位的编录，一定要详实可靠把相关数据记录到相关表格中。施工到位后，进行全孔钻孔成像，录制完成合格后进行全孔水泥封孔安全处理。
20.④
对比分析工作面采前和采后钻孔冲洗液消耗量与钻孔成像，可准确获得垮落带和导水裂隙带高度量化取值。
21.⑤
分析工作面在回采钻孔前后60m-70m范围内钻孔内水位变化和工作面涌水量之间关系，若水位在波动中基本不变，工作面涌水量也没有增加，则认为下组煤开采后引起的导水裂隙带高度没有波及到上覆3-5煤层上组煤采空区。
22.⑥
对比分析采前、采中和采后三方面资料，可准确获得采空区下综放开采垮落带和导水裂隙带即两带高度的量化取值，为今后矿井安全生产具有很重要的参考价值。
23.此方法对钻孔施工要求高，需要两次钻进和两次封孔，钻进中均需要进行钻孔冲洗液消耗量观测，第一次封孔只需封到上组煤采空区底板，第二次需全部进行封孔，并保证封孔质量。