[發明專利]一種采空區裂隙發育區的判定和處理方法

有效

• 申請號: 201910083676.4
• 申請日: 2019-01-29
• 公開（公告）號: CN109839401B
• 公開（公告）日: 2022-02-15
• 發明（設計）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）人: 太原理工大學
• 主分類號: G01N23/2251
• 分類號: G01N23/2251;G01N23/2202
• 代理公司: 太原市科瑞達專利代理有限公司 14101
• 代理人: 申艷玲

本發明公開了一種采空區裂隙發育區的判定和處理方法，包括以下步驟：在發生明顯的變形、移動或破壞的煤礦采空區圍巖的非穩定區域內鉆孔取芯；將鉆孔取到的部分煤巖樣磨成粉末；通過實驗得到煤巖樣孔徑的分布特征；在已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，綜合分析孔隙類型及孔裂隙發育和連通程度，判定是否為裂隙發育區；繼續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圍巖三維裂隙場分布的形態特征，確定有效隔水層厚度、裂隙的起裂位置以及裂隙發育區的范圍；向判定為裂隙發育區的區域范圍內注入漿液，達到堵水和加固的目的。

技術領域

本發明涉及一種采空區裂隙發育區的判定和處理方法，屬于煤礦堵水、加固技術領域。

背景技術

由于構造應力的作用使煤礦巖體中存在大量的孔隙和裂隙，在礦壓、水壓或擾動的狀態下會發生貫通，這樣不僅會使巖體的強度降低，還可能會導通突水通道，發生突水事故。因此在工程開挖前，一般先進行超前注漿，使漿液預先充填圍巖裂隙，達到堵塞水流和加固圍巖的目的。超前注漿技術的適用范圍較廣，如隧道施工；煤礦巷道穿越斷層、破碎帶、富含大量水的構造裂隙帶；采空區圍巖等。雖然超前預注漿技術已經發展的較為成熟，但是對于煤礦裂隙發育區的預測一般是憑借主觀經驗、或某些較為明顯的征兆、或地質構造來確定，缺少一種定量、準確的判定方法。

發明內容

本發明旨在提供一種采空區裂隙發育區的判定和處理方法，解決了現有裂隙發育區預測方法中主觀經驗性強、定量及準確性程度差的問題。

本發明首先利用壓汞法、液氮吸附法和低溫CO₂吸附法分別測定出在某煤礦采空區圍巖的非穩定區域鉆孔取得的煤巖體粉末的宏孔、介孔和微孔的信息，判斷宏孔體積與介孔體積在總孔隙體積中占的比例，再利用CT、SEM技術判斷裂隙的發育程度、形態及連通性，當這兩種方法綜合分析的結果為該區域裂隙較發育或裂隙發育時，則判定其為裂隙發育區；之后用鉆孔彩色電視觀察該裂隙發育區三維裂隙場分布的形態特征，從得到的合成圖像中判斷有效隔水層厚度、裂隙的起裂位置以及裂隙發育區的范圍，進而確定最佳的注漿時間、位置和范圍，進一步指導現場的超前注漿。

本發明提供了一種采空區裂隙發育區的判定和處理方法，包括以下步驟：

步驟一：在發生明顯的變形、移動或破壞的煤礦采空區圍巖的非穩定區域內鉆孔取芯；

步驟二：將鉆孔取到的部分煤巖樣用破碎機破碎成小塊，然后用球磨機磨成粉末；

步驟三：將步驟二中磨好的煤巖樣粉末，先進行壓汞實驗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的進汞量即汞飽和度得到喉道的大小及分布，且進退汞曲線及回滯環反映出孔隙半徑的大小和分布；

再取該煤巖樣粉末進行液氮吸附實驗測定它的介孔，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，并根據滯后環形狀確定孔隙的形態；

另取煤巖樣粉末進行CO₂吸附實驗測定它的微孔，即孔徑小于2nm，得到CO₂的等溫吸脫附數據，然后根據描述或模擬CO₂吸附的數學模型，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，配位數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數分析煤巖體的結構組分及孔裂隙特征，CT數越高密度越大；并通過掃描電鏡和X射線層析掃描的數據，得到裂隙發育程度、形態及連通性的信息；