【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及煤矿开采陷落柱探查治理，尤其涉及一种深部陷落柱的井地联合探治一体化方法。
技术介绍
1、陷落柱是东部煤矿区开采中一种常见的地质构造，其发育高度和面积大小不同，平面形状不一，且柱体中心轴复杂多变，极不规则。陷落柱一般发育根部位于寒武系或奥陶系巨厚层灰岩内，在煤矿开采过程中，巷道和工作面回采过程中误揭陷落柱可能会造成突水事故，给生产造成巨大的损失。现有的陷落柱探查治理技术主要包括地质预判、水质预警、物探定位、钻探控制和定向封堵等，该类方法准确性往往受到井下复杂巷道系统等多种因素的影响，且经济成本较大。因此，精确查明陷落柱的发育位置、范围、富水性、导水性等并对其进行治理，同时降低经济成本，对煤矿的水害防治工作具有重要意义。
技术实现思路
1、解决的技术问题：针对现有技术煤矿开采过程中陷落柱探查准确性往往受到井下复杂巷道系统等多种因素的影响，且经济成本较大的技术问题，本专利技术提供一种深部陷落柱的井地联合探治一体化方法，综合考虑矿区的地质条件、水文地质条件以及采掘计划，构建陷落柱的超前探查治理方法，精确灵活查明陷落柱发育位置及范围，综合评价其富水性和导水性，提高陷落柱探查精确度并降低经济成本，指导陷落柱治理与矿井安全生产。
2、技术方案：本专利技术所述的一种深部陷落柱的井地联合探治一体化方法，所述方法包括以下步骤：
3、步骤1：研究区整体范围内开展地面物探普查、验证工作，采取地面高精度三维地震勘探与地面高精度三维瞬变电磁物探相结合的方式，查明采区范围内
4、步骤2：结合地面高精度物探的进一步筛查成果，确定异常区域后，结合井下施工条件，在陷落柱平面中心位置提前在地面或井下施工1个探查验证钻孔，验证物探结果，明确陷落柱是否存在；
5、步骤3：根据地面或井下物探及钻探结果，若未探明陷落柱发育，可根据井下巷道掘进至附近位置，再适当施工1~2个井下穿越陷落柱的验证孔进行进一步验证；若探明陷落柱发育，根据井下巷道掘进进度情况，在适当位置施工3~4个井下陷落柱发育范围探查孔，并在适当位置施工底板方向钻孔不少于3个，以综合判断陷落柱富水性及导水性；
6、步骤4：结合矿井采掘规划设计及陷落柱综合探查成果，综合考虑井下施工条件、注浆施工可行性、经济成本多项因素，选择合适的煤柱留设或注浆治理方案；后续待井巷工程具备陷落柱注浆施工条件时，开展陷落柱的针对性治理工程，并确保治理效果。
7、优选地，步骤1中陷落柱地面高精度三维地震勘探与地面高精度三维瞬变电磁探查的具体步骤：
8、步骤s1：收集研究区的地质、水文地质、已有的勘探资料，进行综合分析，明确研究目标和重点探测区域；根据勘探需求，准备地震仪、检波器、发射机、接收机、数据处理软件工具，确保设备工具性能良好，满足勘探精度要求；
9、步骤s2：地面高精度三维地震勘探：根据研究区的面积、地质构造复杂程度及勘探目标，设计合理的测网密度和测线布局，确保覆盖整个研究区；利用地震波在不同介质中传播速度的差异，通过人工激发地震波并记录其在地下反射回来的信号，收集地震波数据；对采集到的地震数据进行滤波、去噪、叠加、偏移归位处理，提取地下结构信息，识别陷落柱、断层地质构造的发育形态和边界；
10、步骤s3：地面高精度三维瞬变电磁勘探：与地震勘探测网相协调，设置瞬变电磁法的测点和测线，确保覆盖关键区域；利用电磁感应原理，向地下发射脉冲电流，观测由此产生的二次场随时间变化的响应，收集电磁数据；对瞬变电磁数据进行反演，分析地下电性分布特征，识别富水异常区，辅助判断陷落柱内的含水状况；
11、步骤s4：将地震勘探和瞬变电磁物探的结果进行数据融合，对融合后的数据进行细致筛查和解译，进一步明确陷落柱的空间形态、边界及富水异常区的具体位置。
12、优选地，步骤2中地面或井下的探查验证钻孔的具体施工步骤：
13、步骤l1：组织专业人员对地面、井下施工区域进行现场勘查，了解地面构筑物、井下巷道布局、通风条件、安全设施，优先考虑井下施工，以降低经济成本；
14、步骤l2：若井下无钻孔施工条件，基于步骤1探测结果，确定地面探查钻孔的平面中心位置，并设计钻孔的深度、孔径参数；若初步探测疑似陷落柱发育揭穿主采煤层，则地面钻孔终孔位置可位于主采煤层底板安全隔水层厚度以下的太原组薄层灰岩内，并全孔取芯，对陷落柱段岩芯开展岩矿鉴定、渗透性、孔隙度测试，为后续陷落柱治理提供支撑，且可验证疑似陷落柱是否发育，并初步探查陷落柱的富水性、导水性；若初步探测疑似陷落柱发育未揭穿主采煤层为隐伏陷落柱，则地面钻孔终孔位置需位于寒武系或奥陶系巨厚层灰岩内，并全孔取芯，陷落柱段岩芯可开展岩矿鉴定、渗透性、孔隙度测试，为后续陷落柱治理提供支撑，且可验证疑似陷落柱是否发育，并初步探查陷落柱的富水性、导水性；
15、步骤l3：若井下具有钻孔施工条件，结合探查钻孔的施工要求，确定最佳的钻孔开孔位置、钻孔倾角、钻孔深度参数；钻孔开孔位置需位于疑似陷落柱防隔水煤/岩柱煤柱以外、钻孔倾角近似煤层倾角、钻孔深度位于疑似陷落柱中心位置。
16、优选地，步骤3中疑似陷落柱的验证孔及陷落柱探查孔的具体施工步骤：
17、步骤m1：根据步骤2的探查验证结果，若未探明陷落柱发育，井下疑似陷落柱的验证孔参数为：验证孔倾角为近水平方向，钻孔施工期间每不超过10m测斜，全孔取芯并揭穿疑似陷落柱后终孔，以进一步保证疑似陷落柱不发育；
18、步骤m2：根据步骤2的探查验证结果，若已探明陷落柱发育，则在井下巷道施工顺煤层方向不少于3个发育范围探查孔，钻孔开孔位置需位于陷落柱防隔水煤/岩柱煤柱以外、钻孔倾角近似煤层倾角、钻孔深度揭穿陷落柱10m后终孔，并全孔取芯，陷落柱段岩芯可开展岩矿鉴定、渗透性、孔隙度测试，为后续陷落柱治理提供支撑；
19、步骤m3：根据步骤2探查验证结果，若已探明陷落柱发育，则在井下巷道施工底板方向不少于3个富水性和导水性探查孔；根据陷落柱区域推测寒武系或奥陶系灰岩含水层水压，底板孔需下止水套管，钻孔施工期间每不超过10m测斜；其中1个孔终孔至陷落柱中心位置，垂向至主采煤层底板安全隔水层厚度以下太原组薄层灰岩内处，另外不少于2个孔终孔至陷落柱边缘位置，垂向至主采煤层底板安全隔水层厚度以下太原组薄层灰岩内处，成孔后分别进行压水试验。
20、优选地，步骤4中煤柱留设或注浆治理的具体步骤：
21、步骤n1：根据步骤3中陷落柱发育范围、富水性和导水性的精确探查成果，确定陷落柱煤柱留设范围；
22、步骤n2：根据步骤3陷落柱发育范围、富水性和导水性的精确探查成果，确定陷落柱注浆治理技术方案；从安全角度考虑，针对陷落柱的底板注浆加固工程，重点考虑在工作面开采底板破坏带以外、主采煤层底板薄层太原组灰岩及其顶板范围通过注浆形成厚度超过工作面回采安全隔水层厚度的“止水塞”本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种深部陷落柱的井地联合探治一体化方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的深部陷落柱的井地联合探治一体化方法，其特征在于，步骤1中陷落柱地面高精度三维地震勘探与地面高精度三维瞬变电磁探查的具体步骤：
3.根据权利要求2所述的深部陷落柱的井地联合探治一体化方法，其特征在于，步骤2中地面或井下的探查验证钻孔的具体施工步骤：
4.根据权利要求3所述的深部陷落柱的井地联合探治一体化方法，其特征在于，步骤3中疑似陷落柱的验证孔及陷落柱探查孔的具体施工步骤：
5.根据权利要求4所述的深部陷落柱的井地联合探治一体化方法，其特征在于，步骤4中煤柱留设或注浆治理的具体步骤：
6.根据权利要求5所述的深部陷落柱的井地联合探治一体化方法，其特征在于，步骤L3/步骤M2/步骤N1中陷落柱防隔水煤/岩柱煤柱经验公式计算：
7.根据权利要求5所述的深部陷落柱的井地联合探治一体化方法，其特征在于，步骤N2中安全隔水层厚度经验公式计算：
8.根据权利要求7所述的深部陷落柱的井地联合探治一体化方法，其
...【技术特征摘要】
1.一种深部陷落柱的井地联合探治一体化方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的深部陷落柱的井地联合探治一体化方法，其特征在于，步骤1中陷落柱地面高精度三维地震勘探与地面高精度三维瞬变电磁探查的具体步骤：
3.根据权利要求2所述的深部陷落柱的井地联合探治一体化方法，其特征在于，步骤2中地面或井下的探查验证钻孔的具体施工步骤：
4.根据权利要求3所述的深部陷落柱的井地联合探治一体化方法，其特征在于，步骤3中疑似陷落柱的验证孔及陷落柱探查孔的具体施工步骤：
【专利技术属性】
技术研发人员：李剑锋，陈天赐，居少婷，陈歌，刘金虎，王红亮，徐智敏，罗武贤，唐宇，臧志伟，
申请(专利权)人：江苏国能深井安全开采科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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