大采深、大跨度综放采煤工作面顶板砂岩裂隙水探防方法技术

本发明专利技术公开了一种大采深、大跨度综放采煤工作面顶板砂岩裂隙水探防方法，其包括以下程序：采前物探探测、钻探验证、安全评价、推采监测、采后综合分析研究以确定大采深、大跨度工作面导水裂隙带发育规律及高度，指导井田内工作面回采砂岩裂隙水探测、防治。本发明专利技术以“采前物探探测、钻探验证、安全评价、推采监测、采后综合分析研究”为手段，有效解除大采深、大跨度综采综放工作面砂岩裂隙水水害威胁。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于矿业开采
，具体涉及一种大采深、大跨度综放采煤工作面顶板砂岩裂隙水探防方法。
技术介绍
目前，随着煤层开采不断加深，大厚度煤层开采均采用现代化采煤装备，采深、采后、采煤工艺、顶板岩石岩性、工作面倾角、推采速度、工作面跨度等影响因素均影响着顶板导水裂隙带发育机理及高度。由于山西组含煤地层上覆为巨厚砂岩、砾岩含水层，导水裂隙带发育高度、采矿扰动及顶板围岩运移等影响因素均对防治砂岩裂隙水至关重要。目前，治理顶板砂岩裂隙水的方法，仅仅为采前物探、钻探疏放水，但是对回采过程中顶板水运移、大跨度大埋深采煤工作面导水裂隙带发育机理未进行研究；目前砂岩裂隙水害大多以后方采空区滞后突水并无防治监测措施。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种大采深、大跨度综放采煤工作面顶板砂岩裂隙水探防方法，解决了现有技术中存在的大采深、大跨度综采综放工作面砂岩裂隙水水害威胁的问题。本专利技术所采用的技术方案是，一种大采深、大跨度综放采煤工作面顶板砂岩裂隙水探防方法，具体按照以下步骤实施：步骤1、采前物探探测，井工采煤工作面形成后，利用井下超高密度三维电阻率方法对工作面上覆、巷道侧帮上方砂岩含水层富水区域探测，根据探测到的电阻率，划分开采工作面顶板、煤壁上方顶板砂岩含水层富水异常区；步骤2、钻探验证，对物探异常区进行水文钻探验证，同步取得岩芯以备测试岩石力学参数，并利用三轴岩石力学试验机对砂岩裂隙含水层富水区进行疏放；当含水层涌水量大于5m3/h，将水疏干；步骤3、安全评价，对顶板岩芯岩样进行岩石力学试验，根据取得的岩石力学参数进行回采工作面采场顶底板数值模拟，利用数值模拟结果设计顶板导水裂隙带高度探测钻孔，观测回采工作面顶板原始裂隙发育情况；步骤4、水害威胁评价，依据物探、钻探结果，采用常规水害威胁评价方法评价砂岩裂隙含水层对工作面开采危险性进行评价；步骤5、动态监测，工作面每推采300m后，利用超高密度三维电阻率方法对采面前方、后方采空区顶板砂岩富水性探测，监测顶板砂岩富水区随采动围岩压力变化而运移，预防采空区滞后涌水；步骤6、采后导水裂隙带发育观测及综合分析，回采工作面推采至停采线后，在停采线外侧利用步骤3中数值模拟结果再次设计导水裂隙带发育探测钻孔；根据顶板围岩运动理论，采空区上方岩层划分为冒落带、裂隙带、弯曲下沉带，根据采动围岩运动理论的上三带理论，设计钻孔方位指向采空区上方，倾角根据回采围岩运动数值模拟试验确定，利用双端封堵测漏、钻孔成像或超声波探测手段进行现场施工。本专利技术的特点还在于，步骤1采前物探具体为：将电位装置的电极布置在工作面的上巷、下巷、切眼的位置处，电极点距为10m，电极点依据工作面走向长度设置；根据探测到的电阻率，划分开采工作面顶板、煤壁上方顶板砂岩含水层富水异常区。步骤5动态监测具体为：工作面推采300m后，利用井下三维超高密度电阻率法对工作面切眼前方300m进行探测，监测对比工作面前方、后方采空区顶板砂岩裂隙水受采矿扰动、顶板围岩运动的影响而发生运移，再次提前疏放顶板砂岩水，消除采空区滞后突水。本专利技术的有益效果是：1、本专利技术使用时，工作面开采顶板水害危险性评价是根据物探、钻探情况对工作面水文地质条件、突水危险性等进行了综合评价，真实可靠，是顶板水害预防、治理一条有效的途径。2、本专利技术中包含的岩石力学试验、物探、数值模拟、导水裂隙带高度探测等对同一采区内工作面的水害防治均有指导、借鉴意义。本专利技术以大埋深、大跨度工作面综放条件下砂岩裂隙水防治为出发点，以井下三维超高密度直流电法、岩石力学试验、导水裂隙高度探测、综合评价为手段，解除大埋深、大跨度综采工作面顶板砂岩裂隙水害威胁，保证工作面安全回采。该方法分析合理，采用措施综合，适合于大埋深、大跨度工作面综放条件下砂岩裂隙水防治。附图说明图1是本专利技术采煤工作面示意图；图2是本专利技术采前矿井超高密度三维电法勘探布置主视图；图3是本专利技术矿井地层沿走向剖面(A-A～)；图4为本专利技术矿井地层倾向剖面(B-B～)；图5为每推采300m矿井超高密度三维电法动态监测布置主视图；图6为本专利技术采后大采深、大跨度综放工作面顶板导水裂隙带发育高度探测布置主视图。具体实施方式下面结合附图和具体实施方式对本专利技术进行详细说明。本专利技术提供一种大采深、大跨度综放采煤工作面顶板砂岩裂隙水探防方法，具体按照以下步骤实施：(1)采前物探如图1所示，井工采煤工作面101形成后，利用井下超高密度三维电阻率方法对工作面上覆岩层、巷道侧帮上方砂岩含水层富水区域探测，如图2-图4所示，具体为，将电位装置的电极布置在工作面的上巷103、下巷105、切眼104的位置处，电极点距为10m，电极点102依据工作面走向长度设置；根据探测到的电阻率，划分开采工作面顶板、煤壁106上方顶板砂岩(如图5所示)的含水层富水异常区。其中，如图1所示，探测工作在下巷105时，两个无穷远电极一个布置在上巷103的切眼104位置，一个布置在停采线112位置以适应井下工作面特殊环境，利用非无穷远电极效应校正技术，提高电法探测精度及数据利用率。其中，非无穷远电极效应校正技术如下：由于二极装置中无穷远电极B、N都是无穷远极，由于两电极与测量电极M的位置是固定不变的，只有供电电极A移动。根据四极装置、三极装置、二极装置的关系，根据二极装置和三极装置之间的视电阻率ρs关系，在理论上分析二极观测装置近场效应校正研究。由三极装置的ρs表达式为ρsAMN=KAMNΔUMNI=2πAM·ANMNΔUMNI]]>由于ΔUMN＝UM-UN，则ρsAMN=2πAM·ANMN(UMI-UNI)---(1)]]>将AMN装置看成是两个二极装置AM、AN组成的，则因ρsAM=2πAMUMI]]>或ρsAM2πAM=UMI]]>ρsAN=2πANUNI]]>或ρsAN2πAN=UNI]]>将上式代入公式(1)，得ρsAMN=2πAM·ANMN(ρsAM2πAM-ρsAN2πAN)=1MN(ANρsAM-AMρsAN)---(2)]]>可见，式二即是三极装置AMN与二极装置AM、AN之间的视电阻率值关系本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种大采深、大跨度综放采煤工作面顶板砂岩裂隙水探防方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：步骤1、采前物探探测，井工采煤工作面(101)形成后，利用井下超高密度三维电阻率方法对工作面上覆、巷道侧帮上方砂岩含水层富水区域探测，根据探测到的电阻率，划分开采工作面顶板、煤壁(106)上方顶板砂岩含水层富水异常区；步骤2、钻探验证，对物探异常区进行水文钻探验证，同步取得岩芯以备测试岩石力学参数，并利用三轴岩石力学试验机对砂岩裂隙含水层富水区进行疏放；当含水层涌水量大于5m3/h，将水疏干；步骤3、安全评价，对顶板岩芯岩样进行岩石力学试验，根据取得的岩石力学参数进行回采工作面采场顶底板数值模拟，利用数值模拟结果设计顶板导水裂隙带高度探测钻孔，观测回采工作面顶板原始裂隙发育情况；步骤4、水害威胁评价，依据物探、钻探结果，采用常规水害威胁评价方法评价砂岩裂隙含水层对工作面开采危险性进行评价；步骤5、动态监测，工作面每推采300m后，利用超高密度三维电阻率方法对采面前方(115)、后方采空区(107)顶板砂岩富水性探测，监测顶板砂岩富水区随采动围岩压力变化而运移，预防采空区滞后涌水；步骤6、采后导水裂隙带发育观测及综合分析，回采工作面推采至停采线(112)后，在停采线(112)外侧利用步骤3中数值模拟结果再次设计导水裂隙带发育探测钻孔(113)；根据顶板围岩运动理论，采空区上方岩层划分为冒落带(110)、裂隙带(109)、弯曲下沉带(108)，根据采动围岩运动理论的上三带理论，设计钻孔方位指向采空区上方(114)，倾角根据回采围岩运动数值模拟试验确定，利用双端封堵测漏、钻孔成像或超声波探测手段进行现场施工。...

【技术特征摘要】
1.一种大采深、大跨度综放采煤工作面顶板砂岩裂隙水探防方法，其特
征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1、采前物探探测，井工采煤工作面(101)形成后，利用井下超高
密度三维电阻率方法对工作面上覆、巷道侧帮上方砂岩含水层富水区域探
测，根据探测到的电阻率，划分开采工作面顶板、煤壁(106)上方顶板砂
岩含水层富水异常区；
步骤2、钻探验证，对物探异常区进行水文钻探验证，同步取得岩芯以
备测试岩石力学参数，并利用三轴岩石力学试验机对砂岩裂隙含水层富水区
进行疏放；当含水层涌水量大于5m3/h，将水疏干；
步骤3、安全评价，对顶板岩芯岩样进行岩石力学试验，根据取得的岩
石力学参数进行回采工作面采场顶底板数值模拟，利用数值模拟结果设计顶
板导水裂隙带高度探测钻孔，观测回采工作面顶板原始裂隙发育情况；
步骤4、水害威胁评价，依据物探、钻探结果，采用常规水害威胁评价
方法评价砂岩裂隙含水层对工作面开采危险性进行评价；
步骤5、动态监测，工作面每推采300m后，利用超高密度三维电阻率
方法对采面前方(115)、后方采空区(107)顶板砂岩富水性探测，监测顶
板砂岩富水区随采动围岩压力变化而运移，预防采空区滞后涌水；
步骤6、采后导水裂隙带发育观测及综合分析，回采工作面推采至停...

【专利技术属性】
技术研发人员：施龙青，牛超，邱梅，朱鲁，
申请(专利权)人：山东科技大学，
类型：发明
国别省市：山东;37