煤层底板注浆加固效果检测评价方法
【专利摘要】本发明涉及一种煤层底板注浆加固效果检测评价方法，包括：步骤10，制得注浆前煤层底板对比底图；步骤20，利用注浆前煤层底板对比底图指导注浆孔施工；步骤30，建立基于工作面电性-岩石力学性质的模型，计算注浆影响半径，以指导注浆孔布置；步骤40，注浆完成后再次进行勘探，查明注浆后底板岩层电阻率分布特征；步骤50，对注浆完成后电法勘探成果再次布置验证孔，并进行取芯；对比注浆前、后岩石力学参数差异；步骤60，利用注浆前物探成果，注浆后物探成果、水文观测孔观测成果、数值模拟成果等资料，对注浆效果进行综合评价，并编制注浆效果综合评价报告。本方法真实可靠，是对工作面底板注浆加固改造检测评价的一种有效途径。
【专利说明】煤层底板注浆加固效果检测评价方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及煤矿领域，特别涉及一种煤层底板注浆加固效果检测评价方法。
【背景技术】
[0002]目前，随着煤炭资源开采不断加大，华北型煤田目前基本进入下组煤(石炭?二叠系月门沟群太原组中的煤层习惯称为下组煤)开采阶段。由于华北型煤田下组煤与下部的奥灰含水层间距较小，加之奥灰含水层厚度大、岩溶普遍发育，当开采深部煤层资源时，下组煤开采普遍受奥灰水害威胁。
[0003]针对目前奥灰水害防治措施主要包括疏水降压、帷幕注浆、底板注浆加固改造，三种防治底板水害技术主要针对不同的含水层特性。底板注浆加固改造是施工注浆孔并对其注浆，通过浆液填充、挤占底板岩层裂隙、小溶隙等空间，凝结、胶结后加固采场底板，使得底板岩层在抵抗采动、高承压水破坏的能力，增加采场底板“下三带”理论中有效保护层带连续、完整性，防止底板高承压含水层发生突水事故。
[0004]目前针对注浆效果检测的技术手段较多，主要是对地面浅层的岩溶注浆监测、隧道注浆检测，使用的技术手段主要是电测深、高密度直流电法、瑞利波、电磁波等；对煤矿采空区注浆检测技术主要为直流电法；但是针对工作面底板注浆加固改造效果的检测，目前并没有较好的技术手段及综合评价。
【发明内容】
[0005]本发明的目的是提供一种分析合理、适合于煤层底板注浆加固效果检测评价的煤层底板注浆加固效果检测评价方法，
[0006]为解决上述技术问题，作为本发明的一个方面，提供了一种煤层底板注浆加固效果检测评价方法，包括:步骤10，煤层工作面形成之后，运用高密度直流电法方法对工作面巷道、工作面内部底板岩层进行勘探，并制得注浆前煤层底板对比底图；步骤20，利用注浆前煤层底板对比底图指导注浆孔施工，并设置水文观测孔，观测注浆后主要含水层涌水量变化情况；对涌水量无变化的区域，在其周围加密注浆孔，减少注浆扩散半径；步骤30，利用数值模拟软件，建立基于工作面电性-岩石力学性质的模型，计算注浆影响半径，以指导注浆孔布置；步骤40，注浆完成后，利用高密度直流电法方法对工作面巷道、工作面内部底板岩层再次进行勘探，查明注浆后底板岩层电阻率分布特征，通过对比注浆前物探成果图，分析注浆效果；步骤50，对注浆完成后电法勘探成果再次布置验证孔，并进行取芯；对注浆后的岩芯进行岩石力学试验，取得注衆后底板岩层岩样力学参数；对比注衆前、后岩石力学参数差异；利用注浆后岩石力学参数建立回采工作面数值模型，分析采动对底板破坏影响，利用渗流-应力耦合分析高承压突水威胁含水层对采场底板渗透压力、采动应力的影响；步骤60，利用注浆前物探成果，注浆后物探成果、水文观测孔观测成果、数值模拟成果等资料，对注浆效果进行综合评价，并编制注浆效果综合评价报告。
[0007]进一步地，高密度直流电法采用矿井三维高密度直流电法勘探技术，且其电极布置于整个工作面巷道中，并且在切眼部位也布置电极；电极跑极方式改造为单发多收，去除供电不同造成的电流失稳问题。
[0008]进一步地，施工注浆孔的同时，对底板主要充水含水层施工水文观测孔，用于观测底板含水层水文地质参数、注浆过程中对含水层水压、钻孔涌水量影响等，评价底板含水层突水危险性。
[0009]进一步地，步骤50中，通过综合注浆后的水文地质观测成果、物探成果、岩石力学参数综合建立工作面底板注浆采动数值模拟；利用得到的数值模拟资料，结合前述成果综合分析，评价注浆改造后工作面底板在采动-渗流耦合作用下防治底板突水效果评价。
[0010]本发明根据注浆前物探成果、水文观测、岩石力学试验、数值模拟、注浆后物探成果、综合评价为技术手段，该方法真实可靠，是对工作面底板注浆加固改造检测评价的一种有效途径。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1是本发明一个实施例的示意图。
【具体实施方式】
[0012]以下对本发明的实施例进行详细说明，但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
[0013]因此，本发明以工作面底板岩层注浆加固改造效果检测为出发点，选择目前针对注浆改造检测最有效的技术手段一高密度直流电法为基础，改造矿井三维高密度直流电法，通过注浆前物探勘探，钻探验证及岩石力学试验、数值模拟指导注浆施工，注浆后矿井三维高密度直流电法监测注浆效果检测、水文地质观测等，结合注浆后岩石力学试验及数值模拟，综合评价注浆效果，解除底板突水威胁，保证工作面安全回采。该方法分析合理，采用措施综合，适合于煤层底板注浆加固效果检测、评价。
[0014]请参考附图，本发明提供了一种煤层底板注浆加固效果检测评价方法，其特征在于，包括:
[0015]步骤10，煤层工作面形成之后，运用高密度直流电法方法对工作面巷道、工作面内部底板岩层进行勘探，并制得注浆前煤层底板对比底图；优选地，通过勘探查明底板岩层裂隙、溶隙发育情况，并解译工作面大型裂隙、溶隙，为注浆加固施工钻孔指明位置，查明煤层底板主要含水层富水区域等。
[0016]步骤20，利用注浆前煤层底板对比底图指导注浆孔施工，并设置水文观测孔，观测注浆后主要含水层涌水量变化情况；对涌水量无变化的区域，在其周围加密注浆孔，减少注浆扩散半径。优选地，注浆孔、水文孔施工后，对取得的岩芯进行岩石力学试验，获取工作面底板岩层岩石力学性质。
[0017]步骤30，利用数值模拟软件，建立基于工作面电性-岩石力学性质的模型，计算注浆影响半径，以指导注浆孔布置。优选地，施工注浆孔的同时，对底板主要充水含水层施工水文观测孔，用于观测底板含水层水文地质参数、注浆过程中对含水层水压、钻孔涌水量影响等，评价底板含水层突水危险性。
[0018]步骤40，注浆完成后，利用高密度直流电法方法对工作面巷道、工作面内部底板岩层再次进行勘探，查明注浆后底板岩层电阻率分布特征，通过对比注浆前物探成果图，分析注浆效果；
[0019]步骤50，对注浆完成后电法勘探成果再次布置验证孔，并进行取芯；对注浆后的岩芯进行岩石力学试验，取得注衆后底板岩层岩样力学参数；对比注衆前、后岩石力学参数差异；利用注浆后岩石力学参数建立回采工作面数值模型，分析采动对底板破坏影响，利用渗流-应力耦合分析高承压突水威胁含水层对采场底板渗透压力、采动应力的影响；优选地，对采场工作面底板岩层进行岩石力学试验，获取基于该工作面实际情况的数值模型，同时结合地球物理勘探成果，将工作面底板裂隙、溶隙发育情况加入模型中，计算注浆影响半径，确定注浆参数，优化注浆孔位置。
[0020]步骤60，利用注浆前物探成果，注浆后物探成果、水文观测孔观测成果、数值模拟成果等资料，对注浆效果进行综合评价，并编制注浆效果综合评价报告，以指导高承压含水层对注浆底板突水防治工作。
[0021]优选地，高密度直流电法采用矿井三维高密度直流电法勘探技术，且其电极布置于整个工作面巷道中，并且在切眼部位也布置电极；电极跑极方式改造为单发多收，去除供电不同造成的电流失稳问题。
[0022]优选地，施工注浆孔的同时，对底板主要充水含水层施工水文观测孔，用于观测底板含水层水文地质参数、注浆过程中对含水层水压、钻孔涌水量影响等，评价底板含水层突水危险性。
[0023]优选地，步骤50中，通过综合注浆后的水文地质观测成果、物探成果、岩石力学参数综合建立工作面底板注浆采动数值模拟；利用得到的数值模拟资料，结合前述成果综合分析，评价注浆改造后工作面底板在采动-渗流耦合作用下防治底板突水效果评价。
[0024]本发明的效果是:
[0025]1、本发明使用时，工作面底板注浆加固改造检测、评价方法是根据注浆前物探成果、水文观测、岩石力学试验、数值模拟、注浆后物探成果、综合评价为技术手段，该方法真实可靠，是对工作面底板注浆加固改造检测评价的一种有效途径。
[0026]2、本发明中包含的矿井三维高密度电法勘探、应力?渗流耦合数值模拟、注浆岩石力学测试等对其他矿区煤层底板注浆效果检测评价同样具有指导及借鉴意义。
[0027]下面，请参考图1，对本发明的【具体实施方式】进行示例性说明:
[0028](I)注浆前矿井三维高密度电法勘探
[0029]井工采煤工作面101形成后，利用井下超高密度三维电阻率方法对工作面上覆、巷道侧帮上方砂岩含水层富水区域探测，电极布置在上巷103、下巷105、切眼104，电极点距为10m，测点102依据工作面走向长度设置；根据探测结果，查明开采工作面底板、巷道下方岩层裂小型溶隙电阻率异常区，为注浆钻孔布置做初步指导。
[0030](2)水文勘探孔验证物探结果
[0031]通过对物探异常区进行水文钻探验证，查明工作面底板主要含水层水文地质情况，同步取得岩芯以备测试岩石力学参数；
[0032](3)室内试验及注浆数值模拟
[0033]对底板岩芯岩样进行岩石力学试验，根据取得的岩石力学参数进行回米工作面米场底板注浆加固数值模拟，基于物探结果并利用数值模拟软件对底板注浆浆液扩散半径、注浆压力、注浆时间等注浆参数进行计算，优化注浆参数指导井下注浆施工；
[0034](4)注浆阶段水文地质观测
[0035]根据布置的工作面底板含水层水文观测孔观测结果，对注浆阶段对含水层水压、钻孔涌水量变化情况予以记录分析，指导注浆施工；
[0036](5)注浆后矿井三维高密度直流电法勘探
[0037]工作面注浆完成后，利用矿井三维高密度直流电法勘探技术，对注浆后的底板进行勘探，查明注浆后底板岩层电阻率变化特征，对比注浆前物探结果，解译并检测注浆成果O
[0038](6)注浆加固效果评价
[0039]根据注浆后物探结果，对注浆后的底板异常区进行钻探验证，并同步取得注浆后的岩芯，对其进行岩石力学试验，对比注浆前岩芯试件岩石力学参数差异，利用数值模拟软件对注浆后的采场底板进行数值模拟，计算在采动?渗流耦合作用下注浆后底板阻隔高承压含水层突水能能力，通过以上综合分析，对整个底板注浆改造加固效果进行评价，并编制工作面底板注浆加固改造效果检测、评价报告，解除高承压含水层对上覆煤层采动突水威胁，实现安全回采。
[0040]以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.一种煤层底板注浆加固效果检测评价方法，其特征在于，包括: 步骤10，煤层工作面形成之后，运用高密度直流电法方法对工作面巷道、工作面内部底板岩层进行勘探，并制得注浆前煤层底板对比底图； 步骤20，利用所述注浆前煤层底板对比底图指导注浆孔施工，并设置水文观测孔，观测注浆后主要含水层涌水量变化情况；对涌水量无变化的区域，在其周围加密注浆孔，减少注浆扩散半径； 步骤30，利用数值模拟软件，建立基于工作面电性-岩石力学性质的模型，计算注浆影响半径，以指导注浆孔布置； 步骤40，注浆完成后，利用高密度直流电法方法对工作面巷道、工作面内部底板岩层再次进行勘探，查明注浆后底板岩层电阻率分布特征，通过对比注浆前物探成果图，分析注浆效果； 步骤50，对注浆完成后电法勘探成果再次布置验证孔，并进行取芯；对注浆后的岩芯进行岩石力学试验，取得注衆后底板岩层岩样力学参数；对比注衆前、后岩石力学参数差异；利用注浆后岩石力学参数建立回采工作面数值模型，分析采动对底板破坏影响，利用渗流-应力耦合分析高承压突水威胁含水层对采场底板渗透压力、采动应力的影响； 步骤60，利用注浆前物探成果，注浆后物探成果、水文观测孔观测成果、数值模拟成果等资料，对注浆效果进行综合评价，并编制注浆效果综合评价报告。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述高密度直流电法采用矿井三维高密度直流电法勘探技术，且其电极布置于整个工作面巷道中，并且在切眼部位也布置电极；电极跑极方式改造为单发多收，去除供电不同造成的电流失稳问题。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，施工注浆孔的同时，对底板主要充水含水层施工水文观测孔，用于观测底板含水层水文地质参数、注浆过程中对含水层水压、钻孔涌水量影响等，评价底板含水层突水危险性。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤50中，通过综合注浆后的水文地质观测成果、物探成果、岩石力学参数综合建立工作面底板注浆采动数值模拟；利用得到的数值模拟资料，结合前述成果综合分析，评价注浆改造后工作面底板在采动-渗流耦合作用下防治底板突水效果评价。
【文档编号】G01N27/04GK104198539SQ201410439813
【公开日】2014年12月10日 申请日期:2014年9月1日 优先权日:2014年9月1日
【发明者】牛超, 施龙青, 邱梅, 翟培合 申请人:山东科技大学