一種導(dǎo)水?dāng)嗔褞Ц叨阮A(yù)計方法
【專利摘要】本發(fā)明提出了一種導(dǎo)水?dāng)嗔褞Ц叨阮A(yù)計方法，根據(jù)具體開采條件下采場上覆巖層結(jié)構(gòu)特征，通過收集所要判別工作面的地面鉆孔柱狀資料，首先，采用關(guān)鍵層位置判別方法確定覆巖中各關(guān)鍵層層位；其次，通過分析各個關(guān)鍵層與煤層間距和煤層采高的比值判斷關(guān)鍵層破斷裂隙是否貫通；然后，判斷導(dǎo)水?dāng)嗔褞У陌l(fā)育高度將終止于由下往上最先出現(xiàn)非貫通裂縫的那一層關(guān)鍵層底界面，如果判別過程中出現(xiàn)主關(guān)鍵層的破斷裂隙也已經(jīng)貫通，則判斷導(dǎo)水?dāng)嗔褞У陌l(fā)育高度將至基巖頂界面。本發(fā)明用于煤礦的頂板突水災(zāi)害防治實踐，具有很高的實用性，能適應(yīng)不同采厚條件下的導(dǎo)水?dāng)嗔褞Ц叨?，同時可以對由于覆巖關(guān)鍵層結(jié)構(gòu)變化引起的導(dǎo)水?dāng)嗔褞Ц叨犬惓０l(fā)育情況作出判別。
【專利說明】一種導(dǎo)水?dāng)嗔褞Ц叨阮A(yù)計方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于煤礦井下開采【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其涉及一種導(dǎo)水?dāng)嗔褞Ц叨阮A(yù)計方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著國家西部大開發(fā)和能源戰(zhàn)略的不斷實施，煤炭的戰(zhàn)略地位尤為重要，但是隨著東部老礦區(qū)煤炭資源的逐步枯竭，煤炭開采區(qū)域重心逐步向西北礦區(qū)及內(nèi)蒙古轉(zhuǎn)移。這些礦區(qū)煤層賦存條件與開采條件與東部礦區(qū)有很大差異，有其自身特點(diǎn)。以神華礦區(qū)為例，煤層賦存條件簡單，具有煤層厚度大，一般為4m-7m、埋深淺、薄基巖、厚風(fēng)積沙等特點(diǎn)，另外礦區(qū)水資源匱乏，生態(tài)環(huán)境脆弱?；夭蓵r一般采用大采高一次采全厚或厚煤層綜采放頂煤采煤方法，全部垮落法管理頂板，開采強(qiáng)度大，推進(jìn)速度快。由于采高大，基巖薄，采用全部垮落法管理頂板，導(dǎo)致導(dǎo)水?dāng)嗔褞贤ㄋ缮⒑畬由踔霖炌ㄖ恋乇?，進(jìn)而松散含水層水和地表水沿導(dǎo)水裂隙流入回采工作面，引起工作面水害事故。另外由于松散含水層和地表水的流失，造成了生態(tài)系統(tǒng)退化，生物多樣性喪失，甚至荒漠化等嚴(yán)重問題。
[0003]導(dǎo)水?dāng)嗔褞Оl(fā)育高度的預(yù)計和確定是治理礦井突水問題以及研究保水采煤的前提和基礎(chǔ)。導(dǎo)水?dāng)嗔褞Оl(fā)育高度到達(dá)煤層上覆含水層時，含水層中的水通過采動裂隙流至工作面，可能會引發(fā)礦井突水以及水流失等嚴(yán)重問題。因此，研究并預(yù)計導(dǎo)水?dāng)嗔褞Оl(fā)育高度指導(dǎo)治理礦井突水問題以及研究保水采煤就尤為重要。
[0004]目前，許多學(xué)者對我國煤礦開采覆巖破壞和導(dǎo)水裂縫帶高度做了大量的實測統(tǒng)計和理論研究，在此基礎(chǔ)上統(tǒng)計得到計算頂板導(dǎo)水裂縫帶高度的經(jīng)驗公式，并編入我國《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程》，在一定程度上滿足了我國煤礦水體下采煤設(shè)計的要求，但經(jīng)驗公式的結(jié)果僅與煤層采厚參數(shù)有關(guān)，煤層上覆巖層巖性結(jié)構(gòu)的影響在經(jīng)驗公式中并沒有得到直接體現(xiàn)，而是通過按照覆巖硬度的不同分類采用不同的經(jīng)驗公式來計算覆巖導(dǎo)水?dāng)嗔褞Ц叨?，在特定開采條件下，會導(dǎo)致預(yù)計的導(dǎo)水?dāng)嗔褞Ц叨扰c實際偏差很大，甚至?xí)?dǎo)致一些突水事故的發(fā)生，給礦井安全生產(chǎn)以及水害治理帶來極大威脅和隱患。此外，統(tǒng)計樣本中煤層分層開采厚度一般小于3.0m,當(dāng)煤層分層采厚大于
3.0m時，《規(guī)程》中的經(jīng)驗統(tǒng)計公式是不適用的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于提供一種導(dǎo)水?dāng)嗔褞Ц叨阮A(yù)計方法，旨在結(jié)合各礦井具體煤層賦存條件及煤層上覆巖層巖性結(jié)構(gòu)特征，統(tǒng)籌考慮煤層厚度、埋深以及煤層上覆巖層各關(guān)鍵層位置，據(jù)此確立導(dǎo)水?dāng)嗔褞Оl(fā)育高度的預(yù)計方法，指導(dǎo)解決礦井突水問題以及保水采煤的研究，保障礦井安全生產(chǎn)及井下人員安全。
[0006]本發(fā)明是這樣實現(xiàn)的，一種導(dǎo)水?dāng)嗔褞Ц叨阮A(yù)計方法，包括以下步驟:
[0007]S1、收集所要判別工作面的鉆孔柱狀資料；
[0008]S2、根據(jù)收集到的資料，采用關(guān)鍵層判別軟件進(jìn)行具體鉆孔柱狀條件下覆巖關(guān)鍵層位置的判別；[0009]S3、分別計算各關(guān)鍵層層位距開采煤層的間距，將間距數(shù)值與臨界高度比較后判別關(guān)鍵層破斷裂隙是否貫通；
[0010]S4、根據(jù)關(guān)鍵層破斷裂隙是否貫通的判別結(jié)果確定頂板導(dǎo)水?dāng)嗔褞Ц叨取?br> [0011]優(yōu)選地，在步驟SI中，所述鉆孔柱狀資料為礦井普查、詳查或精查過程中所鉆取的地面鉆孔柱狀圖。
[0012]優(yōu)選地，在步驟S2中，所述關(guān)鍵層判別軟件為KSPB，國家計算機(jī)軟件著作權(quán)編號為 2008SR34419。
[0013]優(yōu)選地，在步驟S3中，所述判斷方法包括以下具體過程:設(shè)煤層采高倍數(shù)為Mjn關(guān)鍵層位置距開采煤層上邊界高度大于臨界高度(7?10)M，則該層關(guān)鍵層破斷裂隙是不貫通；如該層關(guān)鍵層位置距開采煤層高度小于(7?10)M，則該層關(guān)鍵層破斷裂隙是貫通。
[0014]優(yōu)選地，所述煤層采高倍數(shù)選擇的原則為:當(dāng)煤層采高較小時，宜取較大倍數(shù)的采高；當(dāng)煤層采高較大時，宜取較小倍數(shù)的采高。
[0015]優(yōu)選地，在步驟S4中，所述頂板導(dǎo)水?dāng)嗔褞Ц叨鹊拇_定方法包括以下具體過程:
[0016]在關(guān)鍵層破斷裂隙貫通的情況下，判斷主關(guān)鍵層控制的上覆基巖破斷裂隙也貫通，則導(dǎo)水裂隙發(fā)育至基巖頂部以上，導(dǎo)水?dāng)嗔褞Ц叨鹊扔诨虼笥诨鶐r厚度；
[0017]在關(guān)鍵層破斷裂隙非貫通的情況下，頂板導(dǎo)水?dāng)嗔褞Ц叨仁芸赜诰嗝簩痈叨却笥谂R界高度的第一層關(guān)鍵層的位置，導(dǎo)水?dāng)嗔褞Ц叨鹊扔谠搶雨P(guān)鍵層距煤層高度。
[0018]本發(fā)明克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種導(dǎo)水?dāng)嗔褞Ц叨阮A(yù)計方法，根據(jù)具體開采條件下采場上覆巖層結(jié)構(gòu)特征，通過收集所要判別工作面的地面鉆孔柱狀資料，首先，采用關(guān)鍵層位置判別方法確定覆巖中各關(guān)鍵層層位；其次，通過分析各個關(guān)鍵層與煤層間距和煤層采高的比值判斷關(guān)鍵層破斷裂隙是否貫通；然后，判斷導(dǎo)水?dāng)嗔褞У陌l(fā)育高度將終止于由下往上最先出現(xiàn)非貫通裂縫的那一層關(guān)鍵層底界面，如果判別過程中出現(xiàn)主關(guān)鍵層的破斷裂隙也已經(jīng)貫通，則判斷導(dǎo)水?dāng)嗔褞У陌l(fā)育高度將至基巖頂界面。本發(fā)明不但考慮了煤層采厚對導(dǎo)水?dāng)嗔褞Оl(fā)育高度的影響，而且還考慮了覆巖各類巖性巖層對導(dǎo)水?dāng)嗔褞Оl(fā)育高度的影響，其可靠性得到了工程實測的驗證；此外，本發(fā)明還能夠適應(yīng)不同采厚條件下的導(dǎo)水?dāng)嗔褞Ц叨?，同時可以對由于覆巖關(guān)鍵層結(jié)構(gòu)變化引起的導(dǎo)水?dāng)嗔褞Ц叨犬惓０l(fā)育情況作出判別，結(jié)果可靠，實用性強(qiáng)。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0019]圖1是本發(fā)明實施例中導(dǎo)水?dāng)嗔褞Ц叨阮A(yù)計方法的步驟流程圖；
[0020]圖2是本發(fā)明導(dǎo)水?dāng)嗔褞Ц叨阮A(yù)計方法；其中，M:煤層采高；Hd:導(dǎo)水裂隙帶高度:基巖厚度；Hg: (7?10)M高度以上的第一層關(guān)鍵層距煤層高度；
[0021]圖3是本發(fā)明實際應(yīng)用過程中對祁東煤礦7130工作面D5鉆孔柱狀關(guān)鍵層位置判別結(jié)果；
[0022]圖4是本發(fā)明實際應(yīng)用過程中對祁東煤礦7121工作面D9鉆孔柱狀關(guān)鍵層位置判別。
【具體實施方式】
[0023]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0024]一種導(dǎo)水?dāng)嗔褞Ц叨阮A(yù)計方法，如圖1和圖2所示，包括以下步驟:
[0025]S1、收集所要判別工作面的鉆孔柱狀資料；
[0026]在步驟SI中，所收集的鉆孔柱狀資料與我國《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程》(以下簡稱《規(guī)程》)中使用經(jīng)驗公式預(yù)計方法需要收集的地質(zhì)開采資料基本相同，資料主要為工作面周邊在礦井普查、詳查或精查過程中所鉆取的地面鉆孔柱狀圖?！兑?guī)程》中對覆巖巖性做了粗略的統(tǒng)計分析，模糊了覆巖中能對巖層運(yùn)動起到主控影響的關(guān)鍵層作用，本發(fā)明避免了這些不利因素。
[0027]S2、根據(jù)收集到的資料，采用關(guān)鍵層判別軟件進(jìn)行具體鉆孔柱狀條件下覆巖關(guān)鍵層位置的判別；
[0028]在步驟S2中，所述關(guān)鍵層判別軟件為KSPB，國家計算機(jī)軟件著作權(quán)編號為2008SR34419。在利用關(guān)鍵層判別軟件KSPB對覆巖關(guān)鍵層位置進(jìn)行判別的時候，需要根據(jù)地面鉆孔全柱狀輸入一系列參數(shù)，如:巖層的厚度，彈性模量，抗拉強(qiáng)度，容重，巖層破斷角和松散層載荷傳遞系數(shù)。其中，巖性參數(shù)與巖層厚度可以通過礦區(qū)地面鉆孔柱狀圖獲得；容重、抗拉強(qiáng)度、彈性模量可以通過制作標(biāo)準(zhǔn)巖樣進(jìn)行巖石物理力學(xué)參數(shù)測試獲得。
[0029]S3、分別計算各關(guān)鍵層層位距開采煤層的間距，將間距數(shù)值與臨界高度比較后判別關(guān)鍵層破斷裂隙是否貫通；
[0030]在步驟S3中，設(shè)煤層采高倍數(shù)為M，如關(guān)鍵層位置距開采煤層間距大于臨界高度(7?10)M，則該層關(guān)鍵層破斷裂隙是不貫通的；如該層關(guān)鍵層位置距開采煤層高度小于(7?10)M，則該層關(guān)鍵層破斷裂隙是貫通的，且它控制的上覆基巖破斷裂隙也是貫通的。此處采高倍數(shù)選擇的原則為:當(dāng)煤層采高較小時，宜取較大倍數(shù)的采高；當(dāng)煤層采高較大時，宜取較小倍數(shù)的采高。
[0031]S4、根據(jù)關(guān)鍵層破斷裂隙是否貫通的判別結(jié)果確定頂板導(dǎo)水?dāng)嗔褞Ц叨取?br> [0032]在步驟S4中，確定頂板導(dǎo)水?dāng)嗔褞Ц叨取Ｈ绻麝P(guān)鍵層位置距開采煤層高度小于(7?10)M，則覆巖主關(guān)鍵層破斷裂隙是貫通的，主關(guān)鍵層控制的上覆基巖破斷裂隙也是貫通的，導(dǎo)水裂隙發(fā)育至基巖頂部以上，如基巖厚度為Hj，則導(dǎo)水?dāng)嗔褞Ц叨菻d等于或大于Hj ;當(dāng)主關(guān)鍵層位置距開采煤層高度大于(7?10)M時，則頂板導(dǎo)水?dāng)嗔褞Ц叨仁芸赜诰嗝簩痈叨却笥?7?10)M的第一層關(guān)鍵層的位置，如該層關(guān)鍵層距煤層高度為Hg，則導(dǎo)水?dāng)嗔褞Ц叨菻d等于Hg。
[0033]本發(fā)明在祁東煤礦實際應(yīng)用過程中，如圖3所示，煤層采高M(jìn)= 2.85m，按IOM計算得到的關(guān)鍵層破斷裂隙貫通臨界高度為28.5m。主關(guān)鍵層位置距煤層高度為31.88m>28.5m,因此，頂板導(dǎo)水裂隙帶高度Hd應(yīng)按照距煤層高度大于28.5m的第一層關(guān)鍵層的位置來計算，顯然，該層關(guān)鍵層即為主關(guān)鍵層，由此計算得到Hd = 31.88m。
[0034]或者，如圖4所示，煤層采高M(jìn) = 2.3m，按IOM計算得到的關(guān)鍵層破斷裂隙貫通臨界高度為23.0m,主關(guān)鍵層位置距煤層高度為7.49m<23.0m,因此，頂板導(dǎo)水裂隙帶高度Hd應(yīng)按照基巖厚度來計算，由此計算得到Hd = 89.16m。
[0035]在本發(fā)明實施例中，不但考慮了煤層采厚對導(dǎo)水?dāng)嗔褞Оl(fā)育高度的影響，而且還考慮了覆巖各類巖性巖層對導(dǎo)水?dāng)嗔褞Оl(fā)育高度的影響，其可靠性得到了工程實測的驗證；此外，本發(fā)明還能夠適應(yīng)不同采厚條件下的導(dǎo)水?dāng)嗔褞Ц叨龋瑫r可以對由于覆巖關(guān)鍵層結(jié)構(gòu)變化引起的導(dǎo)水?dāng)嗔褞Ц叨犬惓０l(fā)育情況作出判別，結(jié)果可靠，實用性強(qiáng)。
[0036]相比于現(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)和不足，本發(fā)明具有以下有益效果:
[0037](I)本發(fā)明不但考慮了煤層采厚對導(dǎo)水?dāng)嗔褞Оl(fā)育高度的影響，而且還考慮了覆巖關(guān)鍵層對導(dǎo)水?dāng)嗔褞Оl(fā)育高度的影響，其可靠性得到了工程實測的驗證。
[0038](2)本發(fā)明還能夠適應(yīng)不同采厚條件下的導(dǎo)水?dāng)嗔褞Ц叨?，同時可以對由于覆巖關(guān)鍵層結(jié)構(gòu)變化引起的導(dǎo)水?dāng)嗔褞Ц叨犬惓０l(fā)育情況作出判別。
[0039]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種導(dǎo)水?dāng)嗔褞Ц叨阮A(yù)計方法，其特征在于包括以下步驟: 51、收集所要判別工作面的鉆孔柱狀資料； 52、根據(jù)收集到的資料，采用關(guān)鍵層判別軟件進(jìn)行具體鉆孔柱狀條件下覆巖關(guān)鍵層位置的判別； 53、分別計算各關(guān)鍵層層位距開采煤層的間距，將間距數(shù)值與臨界高度比較后判別關(guān)鍵層破斷裂隙是否貫通； 54、根據(jù)關(guān)鍵層破斷裂隙是否貫通的判別結(jié)果確定頂板導(dǎo)水?dāng)嗔褞Ц叨取?br> 2.如權(quán)利要求1所述的導(dǎo)水?dāng)嗔褞Ц叨阮A(yù)計方法，其特征在于，在步驟SI中，所述鉆孔柱狀資料為礦井普查、詳查或精查過程中所鉆取的地面鉆孔柱狀圖。
3.如權(quán)利要求1所述的導(dǎo)水?dāng)嗔褞Ц叨阮A(yù)計方法，其特征在于，在步驟S2中，所述關(guān)鍵層判別軟件為KSPB，國家計算機(jī)軟件著作權(quán)編號為2008SR34419。
4.如權(quán)利要求1所述的導(dǎo)水?dāng)嗔褞Ц叨阮A(yù)計方法，其特征在于，在步驟S3中，所述判斷方法包括以下具體過程:設(shè)煤層采高倍數(shù)為M，如關(guān)鍵層位置距開采煤層上邊界高度大于臨界高度(7?10)M，則該層關(guān)鍵層破斷裂隙是不貫通；如該層關(guān)鍵層位置距開采煤層高度小于(7?10)M，則該層關(guān)鍵層破斷裂隙是貫通。
5.如權(quán)利要求4所述的導(dǎo)水?dāng)嗔褞Ц叨阮A(yù)計方法，其特征在于，所述煤層采高倍數(shù)選擇的原則為:當(dāng)煤層采高較小時，宜取較大倍數(shù)的采高；當(dāng)煤層采高較大時，宜取較小倍數(shù)的采高。
6.如權(quán)利要求1所述的導(dǎo)水?dāng)嗔褞Ц叨阮A(yù)計方法，其特征在于，在步驟S4中，所述頂板導(dǎo)水?dāng)嗔褞Ц叨鹊拇_定方法包括以下具體過程: 在關(guān)鍵層破斷裂隙貫通的情況下，判斷主關(guān)鍵層控制的上覆基巖破斷裂隙也貫通，則導(dǎo)水裂隙發(fā)育至基巖頂部以上，導(dǎo)水?dāng)嗔褞Ц叨鹊扔诨虼笥诨鶐r厚度； 在關(guān)鍵層破斷裂隙非貫通的情況下，頂板導(dǎo)水?dāng)嗔褞Ц叨仁芸赜诰嗝簩痈叨却笥谂R界高度的第一層關(guān)鍵層的位置，導(dǎo)水?dāng)嗔褞Ц叨鹊扔谠搶雨P(guān)鍵層距煤層高度。
【文檔編號】E21B49/00GK103993878SQ201410226750
【公開日】2014年8月20日 申請日期:2014年5月26日 優(yōu)先權(quán)日:2014年5月26日
【發(fā)明者】朱衛(wèi)兵, 許家林 申請人:中國礦業(yè)大學(xué)