[發明專利]一種監測無煤柱沿空留巷底板裂隙發育的探測系統及方法

有效

• 申請號: 201610784252.7
• 申請日: 2016-08-31
• 公開（公告）號: CN106285628B
• 公開（公告）日: 2019-04-09
• 發明（設計）人: 李昂
• 申請（專利權）人: 西安科技大學
• 主分類號: E21B47/00
• 分類號: E21B47/00;E21B47/002;E21B33/13;C04B28/04;C04B28/06
• 代理公司: 徐州市淮海專利事務所 32205
• 代理人: 李鵬

一種監測無煤柱沿空留巷底板裂隙發育的探測系統及方法，在無煤柱沿空留巷一側開鑿底板鉆場，對底板巖層施工不同角度的鉆孔，采用對接密封系統將透明中空管逐段對接送入鉆孔內；對鉆孔與透明中空管間的縫隙進行注漿錨固后，利用探測定位組件記錄測量尺上不同刻度位置鉆孔圍巖裂隙，在開采不同階段多次開展底板采動破壞規律演化監測任務直至數據趨于穩定方可結束觀測。本發明從鉆孔鉆場向待采煤層底板方向延伸并排設置的底板小角度鉆孔、底板中角度鉆孔和底板大角度鉆孔立體排布，可以通過觀測同一時間相鄰的鉆孔和同一鉆孔在不同采煤階段的裂隙情況圈定出底板塑性破壞區發育形態和煤層開采后底板破壞區發育形態，為安全施工提供可靠的數據參考。

技術領域

本發明涉及一種監測無煤柱沿空留巷底板裂隙發育的探測系統及方法，屬于礦山支護領域。

背景技術

我國煤炭資源分布具有很強的區域性，目前約90％的煤炭資源產自華北煤田，嚴峻的礦山水害形式一直嚴重影響著我國煤礦安全生產，制約了國民經濟穩步健康發展，煤田開發對國家經濟發展具有重要意義。同時我國許多煤田水文地質條件十分復雜，煤層開采過程中受到多種水體的威脅,僅北方主要礦區受巖溶水威脅的煤炭儲量就約有150多億噸，占探明儲量的27％，而在所有水害事故的突水形式中，特別突出的煤層底板水害就占到了88.1％，嚴重威脅著煤礦生產安全。因此，深入開展帶壓開采采煤工作面底板破壞突水成災機理及預警系統研究、有效遏制礦井突水事故的發生、保障煤礦安全生產，是目前我國煤炭工業迫切需要解決的問題，對進一步提高大水礦區生產效果和資源回收率具有重要意義，也為以后同類型的煤層安全高效開采提供科學可靠的參考依據。

經過多年的底板采動現場實踐觀測，普遍認為開采煤層底板也像上覆巖層一樣從煤層底面到含水層頂面可分為“下三帶”，即底板導水破壞帶、完整巖層帶、承壓水導升帶。“下三帶”理論比較符合煤層底板破壞、突水規律，在生產實踐中得到了較為廣泛的應用，由此可見，底板導水破壞帶的現場實地觀測具有重要意義。為了查明底板變形破壞規律，現今采用的研究方法可采用理論研究、數值模擬研究及實驗研究等，雖然這些方法在認識底板巖層移動變形規律方面起到了很重要的作用，但在工程實踐中，利用實測數據信息來推斷底板巖層移動變形破壞規律無疑是最直接、最可靠的方法。

目前現場實地觀測的方法有：鉆孔聲波測試法、底板鉆孔位移計法、鉆孔窺視測試法、鉆孔應力計、鉆孔放注水法等。其中①鉆孔聲波測試法，是觀測采動前后巖體的采動裂隙發育規律及采動裂隙深度；②底板鉆孔位移計法，是在鉆孔中設置位移觀測基點以觀測采動前后底板的位移變化規律；③鉆孔窺視測試法，用于觀測工作面回采期間的底板巖體裂隙宏觀改變；④鉆孔應力計，是通過采集底板巖層力學性質變化，獲得底板巖層應力應變數據，分析底板破壞情況；⑤用鉆孔放注水法，在采前向煤層底板打一定深度的斜孔，每天觀測單位時間向外的流水量，不向外流水時，每天觀測單位時間向里的注水量，通過采動過程中不同深度鉆孔單位時間放注水量的變化和水文地質條件的綜合分析，就可以知道采動影響引起的煤層底板破壞深度。以上幾種方法中，唯有鉆孔窺視測試法屬于直接觀測圍巖演變規律的方法，具有更高的可信度和真實性，但在鉆孔窺視測試法的實際操作和監測過程中時常存在諸如以下難題：

(1)我國煤礦開采煤層時，采用沿空留巷可將上一區段的順槽重新支護留給下一個區段使用，沿空留巷可以最大限度回收資源，避免煤體損失，沿空留巷分成預留區段煤柱沿空留巷和無煤柱沿空留巷。這兩種情況下的沿空留巷都將造成淺部底板鉆孔發生塌孔，即便是下入一定深度的護壁套管，仍存在監測段(無護壁套管)發生垮塌孔現象，而一旦發生塌孔，很難再次修補，唯一的辦法就是重新補打鉆孔，不僅費時費力，更有可能錯過最佳觀測時間；

(2)煤層底板巖層一般分為硬巖層、軟巖層、軟硬相間巖層，如果施工底板鉆孔期間遇到軟巖層或軟硬相間巖層，特別是在底板鉆孔監測段，由于軟巖具有遇水軟化作用，如不及時觀測數據，可能會在短時間內鉆孔軟巖段自動閉合或垮塌，使得鉆孔失效而不得不補打鉆孔，甚至多次補打鉆孔，大大增加了監測成本；同時鉆孔的頻繁更換造成后果是不僅無法有效采集可用數據，同一位置不同時間裂隙宏觀改變也沒有參考對比，檢測結果的可靠性很低。