一种探测黄土中采煤导水裂隙高度的方法
【专利说明】
【技术领域】
[0001]本发明涉及矿井地质领域与采矿工程有一定的交叉，尤其涉及黄土中开采导水裂隙高度的探测方法。
【【背景技术】】
[0002]我国煤层上覆普遍存在含水层，当煤层开采后会产生一定的裂隙，即导水裂隙，当导水裂隙达到上覆含水层时，有可能发生矿井水害，因此在煤炭生产中需要开展导水裂隙高度探查工作。
[0003]我国西北地区煤炭产量巨大，需要开展导水裂隙高度探测工作，但这里普遍存在较厚的黄土层，黄土层上又普遍存在一个松散含水层。因此，这里更准确的说需要一种黄土中采煤导水裂隙高度的探测方法。
[0004]目前，对导水裂隙高度的探测方法有多种，主要可分为3种。第一种是冲洗液消耗法探测导水裂隙高度，这种方法主要是通过钻孔中循环的冲洗液的消耗量的显著变化来判断导水裂隙高度。第二种是钻孔电视，这种方法主要是通过在钻孔中放入摄像头，通过观察孔壁中裂隙的密度、形态等因素来判断导水裂隙高度。第三种是钻孔物探方法，这种方法又可分为电法和地震法两种，其中电法主要通过测定地层通电后电阻率的变化来判断导水裂隙高度，而地震法则通过采动或人为激发的地震波来判断导水裂隙高度。以上方法在黄土层探测时存在以上主要问题:
[0005]I)钻孔冲洗液在岩石中往往能够看出漏失量的显著变化，但在黄土中冲洗液与黄土混合后产生隔水效果，冲洗液漏失量变化不显著，进而无法判断导水裂隙高度。
[0006]2)钻孔电视在基岩中可以观测到裂隙，但由于黄土在钻孔形成的过程中其导水裂隙被土充填，难以直接观测到裂隙的存在，进而无法判断导水裂隙高度。
[0007]3)现有电法手段在有一定倾角的钻孔中实施，且黄土中泥饼的存在影响了电阻率的观测，另外现有电法手段需要在煤炭开采前进行布置钻孔，开采后的钻孔在无背景值(原始状态下的电阻率)的条件下，不能分析出电阻率的变化，进而判断出导水裂隙高度，且在煤炭开采过程中常常造成传感器或线路破坏无法监测。
[0008]4)现有微震和地震方法均是通过波的传播规律判断，两者不甚相同，但均存在着一定问题。微震是通过微震传感器接受到岩土破裂激发的地震波，来反推破裂发生的点，即导水裂隙点。但黄土破裂能够激发的能力十分有限，当破裂产生的能量较小时会造成破裂点的判断误差大。另外，该方法也是在煤炭开采前进行布置钻孔并埋放传感器，开采后的钻孔在无背景值(原始状态下的地震波在该介质中的传播速度)的条件下，无法准确分析出破裂点的位置，且在煤炭开采过程中常常造成传感器或线路破坏无法监测。
[0009]5)地震探测导水裂隙高度是通过对比采动前、后地震波在不同标高传播的速率来判断岩土介质的破裂情况，即导水裂隙高度。由于黄土天然状态下就有许多孔隙、裂隙的存在，在煤炭开采后虽然有部分区域会进一步破碎，但地震波在黄土介质中在破裂前后的传播速度变化不显著，这会使得导水裂隙判断不准确。另外，该种方法也是需要在开采前就进行钻孔，开采后的钻孔在无背景值(原始状态下的地震波在该介质中的传播速度)，无法对比地震波传播速度的变化，且在煤炭开采过程中常常造成传感器或线路破坏无法探测。
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【发明内容】
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[0010]本发明为了解决上述问题，本发明提供一种探测黄土中采煤导水裂隙高度的方法，避免煤炭开采对传感器的影响且避免了黄土中泥饼对导水裂隙高度判定的影响，操作简单。
[0011]一种探测黄土中采煤导水裂隙高度的方法，包括以下步骤:
[0012](I)在煤炭开采后的采空区上方实施导水裂隙高度探测钻孔，然后以黄土层的底界面为目标层进行第一阶段探测钻孔以提供黄土样，接着，在第一阶段的钻孔中进行测井，根据测井曲线确定导水裂隙区，该导水裂隙区距离煤层底板的最大高度为Dl ;
[0013](2)在步骤(I)的基础上，以已经开采完成的煤层底板以下为目标层进行第二阶段钻探施工，钻探过程中，记录泥浆开始显著漏失的点，该点距离煤层底板的距离为D2 ;
[0014](3)将步骤⑴获得的黄土样剖开，采集剖面图片；利用钻孔电视获取钻孔内每个深度的孔内影像，利用黄土样的剖面图片和钻孔内的影像确定裂隙发育图片，其中的裂隙距离煤层底板的距离即为D3;
[0015](4)同一个钻孔中的导水裂隙高度D的判定为D = max(Dl，D2，D3);同一个采煤工作面的导水裂隙高度Dm为所有钻孔的导水裂隙高度D中的最大值。
[0016]在煤炭开采后的采空区上方实施导水裂隙高度探测钻孔的基本要求为:钻孔所在采空区范围沿走向和倾向的长度大于50m，钻孔距回采工作面的回采线大于30m，距终采线大于15m，并在回风巷和运输巷以内。
[0017]在煤炭开采后的采空区上方实施导水裂隙高度探测钻孔除基本要求外，还需要满足:钻孔距离最近的地表裂隙Im以上，一个回采工作面的钻孔数量在2个以上。
[0018]以黄土层的底界面为目标层进行探测钻孔时，钻探的倾角小于等于3°且为垂直向下的钻孔。
[0019]以黄土层的底界面为目标层进行探测钻孔的具体方法为:首先以无水取芯进行钻进，黄土的取芯率大于等于60%，获取的黄土样按照距离煤层底板的距离记录编号；然后对形成的钻孔进行扩孔。
[0020]以黄土层的底界面为目标层进行探测钻孔时，钻进采用的泥浆为聚丙烯酰胺和腐殖酸配制的浆液，其电阻率应小于等于8 Ω.m。
[0021]在所述第一阶段的钻孔中进行测井时，测井方法包括微电极测井、阵列声波测井、自然伽马测井及井径测井，且该方法同时进行，测井过程保持满泥浆状态。
[0022]确定导水裂隙区的方法为:通过微电极测井和阵列声波测井曲线确定的所有异常区，然后利用井径测井和自然伽马测井结果排除掉井径和地层岩性异变的区域，剩余的异常区即为导水裂隙区，其中，微电极测井结果中的微电极曲线和微梯度曲线的分离段即为异常区。
[0023]所述第二阶段钻探施工的方法为:钻探倾角保持不变，钻孔过程继续使用原有泥浆，在第一阶段的基础上继续扩孔。
[0024]利用黄土样的剖面图片和钻孔内的影像确定裂隙发育图片的方法为:对距离煤层底板不同距离的图片和影像提取器灰度图，然后依次处理出增强低灰度图、中值滤波后图、二进制图及平滑处理后的图，得到最终图片，在最终图片中，异常区域即为裂隙，从不同深度的图片中找出距离煤层底板最远的裂隙发育图片。
[0025]与现有技术相比，本发明的有益效果在于:首先，本发明在煤炭开采后的采空区上方实施导水裂隙高度探测钻孔，不需要背景值，因此避免了开采对传感器的影响；其次，本发明先以黄土层的底界面为目标层进行第一阶段探测钻孔以提供黄土样，其次，以已经开采完成的煤层底板以下为目标层进行第二阶段钻探施工，接着，利用黄土样的剖面图片和钻孔内的影像确定裂隙发育图片。同一个钻孔中的导水裂隙高度D为:D = max(Dl，D2，D3);同一个采煤工作面的导水裂隙高度Dm为所有钻孔的导水裂隙高度D中的最大值。由于可知，本发明方法不需要背景值，可以避免煤炭开采对传感器的影响；本发明导水裂隙高度的判定综合了各方面因素，避免了黄土中泥饼对导水裂隙高度判定的影响。
【【附图说明】】
[0026]图1是本发明的流程图；
[0027]图2是本发明的微电极测井成果图；
[0028]图中:1、微电极曲