[發明專利]一種厚煤層下分層“混合頂板”完整性探測及其控制方法

有效

• 申請號: 201710514168.8
• 申請日: 2017-06-29
• 公開（公告）號: CN107345484B
• 公開（公告）日: 2019-10-15
• 發明（設計）人: 張煒;馬立強;李鵬;王爍康;李娟娟;楊志
• 申請（專利權）人: 中國礦業大學;山西蘭花集團莒山煤礦有限公司
• 主分類號: E21D11/10
• 分類號: E21D11/10;G01V11/00
• 代理公司: 南京經緯專利商標代理有限公司 32200
• 代理人: 樓高潮

1.一種厚煤層下分層“混合頂板”完整性探測及其控制方法，其特征是：具體步驟如下：

步驟一、厚煤層上分層(1)開采后老空區(3)圍巖變形破壞特征分析：根據厚煤層上分層(1)以往開采活動情況和采礦地質資料，分析厚煤層上分層(1)開采后老空區(3)圍巖變形破壞特征，確定出厚煤層下分層(2)“混合頂板”所需的探測區域(4)；

步驟二、高密度電法：在確定的探測區域(4)內，垂直厚煤層下分層(2)工作面推進方向間隔一段距離布置一條電極測線(6)，在所有電極測線(6)上間隔一段距離布置一個電極測點(7)；待所有電極測線(6)和電極測點(7)布置完畢后，采用直流電法儀(15)對所有電極測點(7)進行探測，并通過USB數據線(16)將探測數據傳輸至移動工作站(17)中進行反演生成探測區域(4)的視電阻率剖面圖；根據生成的視電阻率剖面圖，圈定出探測區域(4)內的多個老空區(3)范圍；

步驟三、氡氣探測法：在圈定的多個老空區(3)范圍內，垂直厚煤層下分層(2)工作面推進方向間隔一段距離布置一條氡氣測線(8)，在所有氡氣測線(8)上間隔一段距離布置一個氡氣測點(9)；將累積測氡儀(13)的探杯(12)倒置埋設于氡氣測點(9)下方30cm處的地表土壤中，間隔4h后將探杯(12)取出迅速放入累積測氡儀(13)中進行脈沖計數并存儲測量數據；待所有氡氣測點(9)完成測量工作后，通過USB數據線(16)將測量數據傳輸至移動工作站(17)中繪制氡氣濃度變化三維曲線圖；根據繪制的氡氣濃度變化三維曲線圖，確定出頂板不完全垮落的矸石未壓實老空區(3)；

步驟四、電磁波CT法：在確定的頂板不完全垮落的矸石未壓實老空區(3)范圍內，沿老空區(3)走向方向在其側面一端打孔放置3個電磁波發射器(10)，在對應的另一端打孔放置3個電磁波接收器(11)，然后垂直老空區(3)走向方向每隔30m，在其與側面平行的截面兩邊，分別布置同樣位置的3個電磁波發射器(10)和3個電磁波接收器(11)，并將電磁波接收器(11)與電磁波層析成像儀(14)連接；待所有電磁波測量工作完成后，通過USB數據線(16)將測量數據傳輸至移動工作站(17)中繪制電磁波能量二維介質分布圖像；根據繪制的電磁波能量二維介質分布圖像，測定出該區域內局部破碎帶(18)的具體位置及其分布范圍；

步驟五、局部破碎帶(18)注漿加固控制：待所有的現場探測工作完成后，綜合分析高密度電法、氡氣探測法和電磁波CT法三種方法的探測結果，在此基礎上，從現場施工及經濟成本角度考慮，優化設計局部破碎帶(18)的注漿加固方案為超前預注漿和滯后固化注漿，并進一步確定合理的注漿加固材料分別為ZKD高水速凝材料和普通水泥單漿液。

2.根據權利要求1所述的一種厚煤層下分層“混合頂板”完整性探測及其控制方法，其特征是：所述電極測線(6)的間距為20m，電極測點(7)的間距為2m；所述氡氣測線(8)的間距為10～20m；所述氡氣測點(9)的間距為5～10m；所述電磁波發射器(10)的間距為1m，最頂部電磁波發射器(10)位于厚煤層上分層(1)邊界下1m處；所述電磁波接收器(11)的間距為1m，最頂部電磁波接收器(11)位于厚煤層上分層(1)邊界下1m處。

3.根據權利要求1所述的一種厚煤層下分層“混合頂板”完整性探測及其控制方法，其特征是：所述直流電法儀(15)選為DZD-6A多功能電法儀；所述累積測氡儀(13)選為CD-1/KZ-D02α杯測氡儀；所述電磁波層析成像儀(14)選為EWCT-1電磁波CT成像儀。

4.根據權利要求1所述的一種厚煤層下分層“混合頂板”完整性探測及其控制方法，其特征是：所述混合頂板由厚煤層上分層(1)開采后遺留的煤柱(5)和老空區(3)的垮落矸石(20)組成。

5.根據權利要求1或4所述的一種厚煤層下分層“混合頂板”完整性探測及其控制方法，其特征是：所述合理的注漿加固材料為ZKD高水速凝材料和普通水泥單漿液，其中，超前預注漿采用的加固材料為ZKD高水速凝材料，滯后固化注漿所選用的加固材料為普通水泥單漿液。

6.根據權利要求1或4所述的一種厚煤層下分層“混合頂板”完整性探測及其控制方法，其特征是：所述超前預注漿的方式是超前厚煤層下分層(2)工作面50m提前對局部破碎帶(18)進行臨時注漿加固；所述滯后固化注漿的方式是隨著厚煤層下分層(2)工作面不斷向前推進，對超前預注漿區域(19)進行二次強化注漿加固。