專利名稱：煤礦頂板裂隙形態(tài)及其演化過(guò)程的精密搜索觀測(cè)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及煤礦頂板裂隙形態(tài)及其演化過(guò)程的觀測(cè)技術(shù)，具體涉及綜合使用地質(zhì)鉆機(jī)、巖層觀測(cè)記錄儀、雙端堵水器和多點(diǎn)位移計(jì)的搜索式觀測(cè)方法。
背景技術(shù)：
通常情況下，礦井采煤工作面開(kāi)采或巷道開(kāi)挖后，工作面或巷道頂板部分巖層內(nèi)會(huì)形成離層及破裂，了解頂板巖層裂隙形態(tài)及其演化過(guò)程，是確定工作面及巷道合理支護(hù)參數(shù)的重要依據(jù)。對(duì)于在建筑物、鐵路(公路)、水下采煤工作面，了解頂板巖層裂隙形態(tài)及其演化過(guò)程，是確定工作面合理開(kāi)采參數(shù)的依據(jù)，也是頂板離層注漿減沉和地表下沉控制技術(shù)應(yīng)用的基礎(chǔ)，同時(shí)對(duì)承壓水下煤層疏水安全開(kāi)采等也具有重要作用。目前，煤礦井下常用各類雙端堵水器、巖層觀測(cè)記錄儀等對(duì)采空區(qū)頂板裂隙情況進(jìn)行觀測(cè)，簡(jiǎn)單地使用這些儀器進(jìn)行鉆孔觀測(cè)，將消耗大量的人力物力，最重要的是難以找到具體的破裂或離層區(qū)域進(jìn)行針對(duì)性觀測(cè)，得到頂板裂隙的形態(tài)及其演化過(guò)程。為此，發(fā)明人承擔(dān)了國(guó)家科技支撐計(jì)劃課題“深部及中小煤礦災(zāi)害防治關(guān)鍵技術(shù)究與示范”(編號(hào)2012BAK04B00)，本發(fā)明是該項(xiàng)目研究?jī)?nèi)容中的一部分成果。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有采空區(qū)頂板裂隙觀測(cè)方法的觀測(cè)消耗大，觀測(cè)結(jié)果粗略的缺點(diǎn)，本發(fā)明提供了一種低消耗、結(jié)果精確的觀測(cè)方法，這是一種綜合使用地質(zhì)鉆機(jī)、巖層觀測(cè)記錄儀、雙端堵水器和多點(diǎn)位移計(jì)的搜索式觀測(cè)方法。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明觀測(cè)方法的詳細(xì)步驟是第一步使用地質(zhì)鉆機(jī)進(jìn)行頂板鉆孔。工作面回采或巷道開(kāi)挖前，在聯(lián)絡(luò)巷或掘進(jìn)頭處設(shè)立測(cè)站，用地質(zhì)鉆機(jī)向頂板鉆斜孔，選取合理的鉆孔角度以及足夠的鉆孔深度，以保證鉆孔貫通頂板有裂隙的區(qū)域。鉆孔完成后撤出鉆桿，并組裝巖層觀測(cè)記錄儀。第二步使用巖層觀測(cè)記錄儀搜索表面裂隙區(qū)。利用導(dǎo)桿沿鉆孔軸心人工推進(jìn)彩色攝像探頭，同時(shí)操作主機(jī)進(jìn)行錄像，并逐漸深入鉆孔，直至整個(gè)鉆孔觀測(cè)完畢；根據(jù)錄像內(nèi)容及深度計(jì)數(shù)器的讀數(shù)，找到其中裂隙尺寸較大，分布較集中的范圍，并從下到上依次標(biāo)注為第一表面裂隙區(qū)、第二表面裂隙區(qū)…第M表面裂隙區(qū)。觀測(cè)完成后撤出導(dǎo)桿，同時(shí)連接好雙端堵水器的輸水管路及輸氣管路。第三步使用雙端堵水器搜索上述表面裂隙區(qū)內(nèi)的延深裂隙。開(kāi)動(dòng)地質(zhì)鉆機(jī)將堵水探桿推入鉆孔，直至探桿剛好全部處于第一表面裂隙區(qū)；操作堵水操作臺(tái)，使封孔氣壓穩(wěn)定在額定氣SP1，完成封孔；操作注水操作臺(tái)，向探桿內(nèi)注水，使水壓穩(wěn)定在額定水壓P2后，記錄I分鐘內(nèi)的水流量數(shù)據(jù)；記錄完成后，排出堵水探桿中的氣體和水，開(kāi)動(dòng)鉆機(jī)將探桿向深處推送I米(默認(rèn)堵水探桿長(zhǎng)度為I米)；重復(fù)上述操作，直至完成該表面裂隙區(qū)的觀測(cè)。開(kāi)動(dòng)地質(zhì)鉆機(jī)將堵水探桿推至下個(gè)表面裂隙區(qū)，重復(fù)上述操作，直至所有表面裂隙區(qū)觀測(cè)完畢。上述額定氣壓P1和額定水壓P2由以下方法確定P1為使堵水探桿封孔膠囊部分膨脹直徑略大于鉆孔直徑時(shí)的氣壓，可在現(xiàn)場(chǎng)簡(jiǎn)單測(cè)得；額定水壓P2由下式確定P2 =初始靜壓+HX sina X0. IMPa式中初始靜壓-注水操作臺(tái)到鉆孔底部的靜水壓力；α-鉆孔的傾角；H-該次觀測(cè)時(shí)堵水探桿頂端所處的鉆孔深度。設(shè)M個(gè)表面裂隙區(qū)中第i表面裂隙區(qū)的斜高為L(zhǎng)i米。若Li為整數(shù)米，可以得到Li組觀測(cè)數(shù)據(jù)Sn，Si2,…，SiLi ;若Li非整數(shù)米，可以得到[LJ+1組觀測(cè)數(shù)據(jù)Sn，Si2,…，Si[[Li]，S，i([Li]+l)，對(duì) S，i([Li]+i)進(jìn)行如下處理
權(quán)利要求
1. 一種煤礦頂板裂隙形態(tài)及其演化過(guò)程的精密搜索觀測(cè)方法，其特征在于，步驟如下 第一步使用地質(zhì)鉆機(jī)進(jìn)行頂板鉆孔 工作面回采或巷道開(kāi)挖前，在聯(lián)絡(luò)巷或掘進(jìn)頭處設(shè)立測(cè)站，用地質(zhì)鉆機(jī)向頂板鉆斜孔，選取合理的鉆孔角度以及足夠的鉆孔深度，以保證鉆孔貫通頂板有裂隙的區(qū)域；鉆孔完成后撤出鉆桿，并組裝巖層觀測(cè)記錄儀； 第二步使用巖層觀測(cè)記錄儀搜索表面裂隙區(qū) 利用導(dǎo)桿沿鉆孔軸心人工推進(jìn)彩色攝像探頭，同時(shí)操作主機(jī)進(jìn)行錄像，并逐漸深入鉆孔，直至整個(gè)鉆孔觀測(cè)完畢；根據(jù)錄像內(nèi)容及深度計(jì)數(shù)器的讀數(shù)，找到其中裂隙尺寸較大，分布較集中的范圍，并從下到上依次標(biāo)注為第一表面裂隙區(qū)、第二表面裂隙區(qū)…第M表面裂隙區(qū)；觀測(cè)完成后撤出導(dǎo)桿，同時(shí)連接好雙端堵水器的輸水管路及輸氣管路； 第三步使用雙端堵水器搜索上述表面裂隙區(qū)內(nèi)的延深裂隙 開(kāi)動(dòng)地質(zhì)鉆機(jī)將堵水探桿推入鉆孔，直至探桿剛好全部處于第一表面裂隙區(qū)；操作堵水操作臺(tái)，使封孔氣壓穩(wěn)定在額定氣SP1，完成封孔；操作注水操作臺(tái)，向探桿內(nèi)注水，使水壓穩(wěn)定在額定水壓P2后，記錄I分鐘內(nèi)的水流量數(shù)據(jù)；記錄完成后，排出堵水探桿中的氣體和水，開(kāi)動(dòng)鉆機(jī)將探桿向深處推送I米，堵水探桿長(zhǎng)度取為I米；重復(fù)上述操作，直至完成該表面裂隙區(qū)的觀測(cè)；開(kāi)動(dòng)地質(zhì)鉆機(jī)將堵水探桿推至下個(gè)表面裂隙區(qū)，重復(fù)上述操作，直至所有表面裂隙區(qū)觀測(cè)完畢； 上述額定氣壓P1和額定水壓P2由以下方法確定 P1為使堵水探桿封孔膠囊部分膨脹直徑略大于鉆孔直徑時(shí)的氣壓，在現(xiàn)場(chǎng)直接測(cè)得； 額定水壓P2由下式確定 P2 =初始靜壓 +HXsina XO. IMPa 式中 初始靜壓-注水操作臺(tái)到鉆孔底部的靜水壓力； α-鉆孔的傾角； H-該次觀測(cè)時(shí)堵水探桿頂端所處的鉆孔深度； 設(shè)M個(gè)表面裂隙區(qū)中第i表面裂隙區(qū)的斜高為L(zhǎng)i米。若Li為整數(shù)米，可以得到Li組觀測(cè)數(shù)據(jù)Sn，Si2，…，Siu ;若Li非整數(shù)米，可以得到[LJ+1組觀測(cè)數(shù)據(jù)Sn，Si2，…，Smu]，S’ i([u+1)，對(duì)S’ i([Li]+D進(jìn)行如下處理
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)一種煤礦頂板裂隙形態(tài)及其演化過(guò)程的精密搜索觀測(cè)方法，第一步使用地質(zhì)鉆機(jī)進(jìn)行頂板鉆孔；第二步使用巖層觀測(cè)記錄儀搜索表面裂隙區(qū)；第三步使用雙端堵水器搜索上述表面裂隙區(qū)內(nèi)的延深裂隙；第四步分析數(shù)據(jù)，確定延深裂隙位置；第五步在延深裂隙的位置安裝多點(diǎn)位移計(jì)觀測(cè)裂隙演化數(shù)據(jù)；第六步綜合分析由雙端堵水器，巖層觀測(cè)記錄儀及多點(diǎn)位移計(jì)取得的數(shù)據(jù)，即可確定頂板裂隙的分布，形態(tài)及演化過(guò)程。本發(fā)明整個(gè)觀測(cè)過(guò)程最大程度節(jié)約了觀測(cè)成本的同時(shí)，得到了裂隙位置，表面裂隙形態(tài)，延深裂隙程度和裂隙演化過(guò)程的完整數(shù)據(jù)，結(jié)果精確。
文檔編號(hào)G01V11/00GK102944906SQ20121046182
公開(kāi)日2013年2月27日 申請(qǐng)日期2012年11月6日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月6日
發(fā)明者寧建國(guó), 吳笛, 譚云亮, 劉學(xué)生, 馬鵬飛 申請(qǐng)人:山東科技大學(xué)