專利名稱：煤礦頂板裂隙形態及其演化過程的精密搜索觀測方法
技術領域：
本發明涉及煤礦頂板裂隙形態及其演化過程的觀測技術，具體涉及綜合使用地質鉆機、巖層觀測記錄儀、雙端堵水器和多點位移計的搜索式觀測方法。
背景技術：
通常情況下，礦井采煤工作面開采或巷道開挖后，工作面或巷道頂板部分巖層內會形成離層及破裂，了解頂板巖層裂隙形態及其演化過程，是確定工作面及巷道合理支護參數的重要依據。對于在建筑物、鐵路(公路)、水下采煤工作面，了解頂板巖層裂隙形態及其演化過程，是確定工作面合理開采參數的依據，也是頂板離層注漿減沉和地表下沉控制技術應用的基礎，同時對承壓水下煤層疏水安全開采等也具有重要作用。目前，煤礦井下常用各類雙端堵水器、巖層觀測記錄儀等對采空區頂板裂隙情況進行觀測，簡單地使用這些儀器進行鉆孔觀測，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域進行針對性觀測，得到頂板裂隙的形態及其演化過程。為此，發明人承擔了國家科技支撐計劃課題“深部及中小煤礦災害防治關鍵技術究與示范”(編號2012BAK04B00)，本發明是該項目研究內容中的一部分成果。
發明內容
為了克服現有采空區頂板裂隙觀測方法的觀測消耗大，觀測結果粗略的缺點，本發明提供了一種低消耗、結果精確的觀測方法，這是一種綜合使用地質鉆機、巖層觀測記錄儀、雙端堵水器和多點位移計的搜索式觀測方法。為了達到上述目的，本發明觀測方法的詳細步驟是第一步使用地質鉆機進行頂板鉆孔。工作面回采或巷道開挖前，在聯絡巷或掘進頭處設立測站，用地質鉆機向頂板鉆斜孔，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域。鉆孔完成后撤出鉆桿，并組裝巖層觀測記錄儀。第二步使用巖層觀測記錄儀搜索表面裂隙區。利用導桿沿鉆孔軸心人工推進彩色攝像探頭，同時操作主機進行錄像，并逐漸深入鉆孔，直至整個鉆孔觀測完畢；根據錄像內容及深度計數器的讀數，找到其中裂隙尺寸較大，分布較集中的范圍，并從下到上依次標注為第一表面裂隙區、第二表面裂隙區…第M表面裂隙區。觀測完成后撤出導桿，同時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內的延深裂隙。開動地質鉆機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；操作堵水操作臺，使封孔氣壓穩定在額定氣SP1，完成封孔；操作注水操作臺，向探桿內注水，使水壓穩定在額定水壓P2后，記錄I分鐘內的水流量數據；記錄完成后，排出堵水探桿中的氣體和水，開動鉆機將探桿向深處推送I米(默認堵水探桿長度為I米)；重復上述操作，直至完成該表面裂隙區的觀測。開動地質鉆機將堵水探桿推至下個表面裂隙區，重復上述操作，直至所有表面裂隙區觀測完畢。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的氣壓，可在現場簡單測得；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-注水操作臺到鉆孔底部的靜水壓力；α-鉆孔的傾角；H-該次觀測時堵水探桿頂端所處的鉆孔深度。設M個表面裂隙區中第i表面裂隙區的斜高為Li米。若Li為整數米，可以得到Li組觀測數據Sn，Si2,…，SiLi ;若Li非整數米，可以得到[LJ+1組觀測數據Sn，Si2,…，Si[[Li]，S，i([Li]+l)，對 S，i([Li]+i)進行如下處理
權利要求
1. 一種煤礦頂板裂隙形態及其演化過程的精密搜索觀測方法，其特征在于，步驟如下 第一步使用地質鉆機進行頂板鉆孔 工作面回采或巷道開挖前，在聯絡巷或掘進頭處設立測站，用地質鉆機向頂板鉆斜孔，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域；鉆孔完成后撤出鉆桿，并組裝巖層觀測記錄儀； 第二步使用巖層觀測記錄儀搜索表面裂隙區 利用導桿沿鉆孔軸心人工推進彩色攝像探頭，同時操作主機進行錄像，并逐漸深入鉆孔，直至整個鉆孔觀測完畢；根據錄像內容及深度計數器的讀數，找到其中裂隙尺寸較大，分布較集中的范圍，并從下到上依次標注為第一表面裂隙區、第二表面裂隙區…第M表面裂隙區；觀測完成后撤出導桿，同時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內的延深裂隙 開動地質鉆機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；操作堵水操作臺，使封孔氣壓穩定在額定氣SP1，完成封孔；操作注水操作臺，向探桿內注水，使水壓穩定在額定水壓P2后，記錄I分鐘內的水流量數據；記錄完成后，排出堵水探桿中的氣體和水，開動鉆機將探桿向深處推送I米，堵水探桿長度取為I米；重復上述操作，直至完成該表面裂隙區的觀測；開動地質鉆機將堵水探桿推至下個表面裂隙區，重復上述操作，直至所有表面裂隙區觀測完畢； 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的氣壓，在現場直接測得； 額定水壓P2由下式確定 P2 =初始靜壓 +HXsina XO. IMPa 式中 初始靜壓-注水操作臺到鉆孔底部的靜水壓力； α-鉆孔的傾角； H-該次觀測時堵水探桿頂端所處的鉆孔深度； 設M個表面裂隙區中第i表面裂隙區的斜高為Li米。若Li為整數米，可以得到Li組觀測數據Sn，Si2，…，Siu ;若Li非整數米，可以得到[LJ+1組觀測數據Sn，Si2，…，Smu]，S’ i([u+1)，對S’ i([Li]+D進行如下處理
全文摘要
本發明公開一種煤礦頂板裂隙形態及其演化過程的精密搜索觀測方法，第一步使用地質鉆機進行頂板鉆孔；第二步使用巖層觀測記錄儀搜索表面裂隙區；第三步使用雙端堵水器搜索上述表面裂隙區內的延深裂隙；第四步分析數據，確定延深裂隙位置；第五步在延深裂隙的位置安裝多點位移計觀測裂隙演化數據；第六步綜合分析由雙端堵水器，巖層觀測記錄儀及多點位移計取得的數據，即可確定頂板裂隙的分布，形態及演化過程。本發明整個觀測過程最大程度節約了觀測成本的同時，得到了裂隙位置，表面裂隙形態，延深裂隙程度和裂隙演化過程的完整數據，結果精確。
文檔編號G01V11/00GK102944906SQ20121046182
公開日2013年2月27日 申請日期2012年11月6日 優先權日2012年11月6日
發明者寧建國, 吳笛, 譚云亮, 劉學生, 馬鵬飛 申請人:山東科技大學