[發(fā)明專利]一種采空區(qū)裂隙發(fā)育區(qū)的判定和處理方法

有效

• 申請?zhí)枺?/td>: 201910083676.4
• 申請日: 2019-01-29
• 公開（公告）號: CN109839401B
• 公開（公告）日: 2022-02-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 馮國瑞;牛小紅;姜海納;韓艷娜;李振;申雄;崔家慶;宋誠;張純旺
• 申請（專利權(quán)）人: 太原理工大學(xué)
• 主分類號: G01N23/2251
• 分類號: G01N23/2251;G01N23/2202
• 代理公司: 太原市科瑞達(dá)專利代理有限公司 14101
• 代理人: 申艷玲

1.一種采空區(qū)裂隙發(fā)育區(qū)的判定和處理方法，其特征在于包括以下步驟：

步驟一：在發(fā)生明顯的變形、移動或破壞的煤礦采空區(qū)圍巖的非穩(wěn)定區(qū)域內(nèi)鉆孔取芯；

步驟二：將鉆孔取到的部分煤巖樣用破碎機(jī)破碎成小塊，然后用球磨機(jī)磨成粉末；

步驟三：將步驟二中磨好的煤巖樣粉末，先進(jìn)行壓汞實(shí)驗(yàn)測定煤巖樣粉末中的宏孔，即孔徑大于50nm，可以利用壓汞時的壓力和對應(yīng)的進(jìn)汞量即汞飽和度得到喉道的大小及分布，且進(jìn)退汞曲線及回滯環(huán)反映出孔隙半徑的大小和分布；

再取該煤巖樣粉末進(jìn)行液氮吸附實(shí)驗(yàn)測定它的介孔，即孔徑介于2~50nm之間，繪制液氮的吸附和脫附等溫線，得到該煤巖體的孔容積及比表面積，并根據(jù)滯后環(huán)形狀確定孔隙的形態(tài)；

另取煤巖樣粉末進(jìn)行CO₂吸附實(shí)驗(yàn)測定它的微孔，即孔徑小于2nm，得到CO₂的等溫吸脫附數(shù)據(jù)，然后根據(jù)描述或模擬CO₂吸附的數(shù)學(xué)模型，得到煤巖樣孔徑的分布特征；

步驟四：在步驟一中鉆取的煤巖樣上用小錘子取1~2cm²的小煤巖樣，選取相對平整的自然斷面作為觀察面，在掃描電鏡下觀察煤巖樣孔隙、裂隙的均一性以及孔隙的配位數(shù)，配位數(shù)越多說明孔隙連通性越好；

然后在步驟一獲取的煤巖樣上鉆取25mm*50mm的圓柱形樣品，用X射線層析掃描，通過得到的樣品CT數(shù)分析煤巖體的結(jié)構(gòu)組分及孔裂隙特征，CT數(shù)越高密度越大；并通過掃描電鏡和X射線層析掃描的數(shù)據(jù)，得到裂隙發(fā)育程度、形態(tài)及連通性的信息；

步驟五：綜合分析步驟三中得到的孔隙類型及步驟四中得到的孔裂隙發(fā)育和連通程度，當(dāng)綜合分析的結(jié)果為該區(qū)域裂隙較發(fā)育或裂隙發(fā)育時，則判定其為裂隙發(fā)育區(qū)；綜合分析的具體方法為，當(dāng)用壓汞法測定的宏孔與低溫液氮吸附測定的介孔體積之和占總孔隙體積，即宏孔體積+介孔體積+微孔體積的比例大于80%，同時經(jīng)掃描電鏡和X射線層析掃描判斷出該煤巖體的裂隙發(fā)育程度及連通性較好，則將該區(qū)域判定為裂隙發(fā)育區(qū)；其中，判定發(fā)育程度及連通性的標(biāo)準(zhǔn)為：由掃描電鏡得到的孔隙配位數(shù)4，且X射線層析掃描得到的CT數(shù)600HU，則認(rèn)為該煤巖體的裂隙發(fā)育程度及連通性較好；

步驟六：繼續(xù)沿步驟一鉆孔的方向打鉆孔，并用鉆孔彩色電視觀察采空區(qū)圍巖三維裂隙場分布的形態(tài)特征，從得到的合成圖像中確定出有效隔水層厚度、裂隙的起裂位置以及裂隙發(fā)育區(qū)的范圍；

所述的步驟六中，通過鉆孔彩色電視得到的圖像觀察裂隙發(fā)育區(qū)范圍內(nèi)的有效隔水層厚度、裂隙的起裂位置以及裂隙發(fā)育區(qū)的范圍，根據(jù)有效隔水層厚度判斷發(fā)生突水的可能性及時間，確定最佳的注漿時機(jī)；根據(jù)裂隙的起裂位置確定注漿的最佳位置；根據(jù)裂隙發(fā)育區(qū)的范圍確定最佳注漿范圍；

當(dāng)有效隔水層的厚度不足以承受礦壓及水壓的綜合作用，即將發(fā)生破壞或突水時，此時為注漿的最佳時機(jī)；注漿的最佳位置為位于裂隙起裂位置的5m范圍之內(nèi)；最佳的注漿范圍應(yīng)為裂隙發(fā)育區(qū)范圍的1.3倍以外；

步驟七：向步驟五中判定為裂隙發(fā)育區(qū)的區(qū)域范圍內(nèi)注入漿液，達(dá)到堵水和加固的目的；所述漿液包括普通水泥—水玻璃漿液、超細(xì)水泥-水玻璃漿液以及高分子類化學(xué)漿液，結(jié)合該裂隙發(fā)育區(qū)的地質(zhì)特征和注漿目的要求選取最合適的漿液進(jìn)行注漿。

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采空區(qū)裂隙發(fā)育區(qū)的判定和處理方法，其特征在于：所述的步驟一中，鉆孔的直徑φ為60~110mm；取芯的位置應(yīng)當(dāng)選取在煤巖體上孔隙最為發(fā)育的區(qū)域，且長度至少為500mm；在取芯時速度不能過快，要保證芯樣的表面沒有明顯的缺陷，否則要重新鉆取；此外在鉆孔時要配備瓦斯檢定器及警報器，定期檢查瓦斯?jié)舛龋乐拱l(fā)生瓦斯涌出或煤與瓦斯突出事故。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采空區(qū)裂隙發(fā)育區(qū)的判定和處理方法，其特征在于：所述的步驟二中，煤巖樣粉末的粒徑應(yīng)小于100目；且在進(jìn)行步驟三的壓汞實(shí)驗(yàn)、液氮吸脫附實(shí)驗(yàn)、低溫CO₂吸脫附實(shí)驗(yàn)中，煤巖樣粉末的質(zhì)量均為2~4g。

4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的采空區(qū)裂隙發(fā)育區(qū)的判定和處理方法，其特征在于：步驟三中，進(jìn)行汞壓實(shí)驗(yàn)后，利用壓汞時的壓力和對應(yīng)的進(jìn)汞量即汞飽和度得到喉道的大小及分布，且進(jìn)退汞曲線及回滯環(huán)反映孔隙半徑的大小和分布。