[发明专利]砂土渗溃破坏性的检测方法及装置

说明书

技术领域

本发明属于采矿工程领域，为一种砂土渗溃破坏性的检测方法及装置。

背景技术

煤炭是我国的主要能源，占能源消耗的70％左右。我国绝大多数为隐赋煤田，即，煤层被新生界松散地层覆盖。其中，华东、华中、华北、东北地区有许多矿区被厚新生界松散层所覆盖。仅在华东地区就有300多个矿井建在深厚(厚度大于80m)松散地层中。而陕西、内蒙、新疆和宁夏的多个矿区被沙漠和黄土覆盖。

新生界松散地层主要由粘质土和砂(砾)质土构成，其中，粘质土的粒径小于0.005mm，有粘性和塑性，透水性极微，为隔水地层；砂质土的粒径为0.005～2mm，砾石的粒径为2～60mm，无粘土，有透水性，常为含水地层。松散层底部常常有含粘的承压含水砂层直接覆盖在煤系地层上方，当该砂层下面岩体受采动影响产生较宽大的裂缝时，同时该砂土又具有良好的渗溃性，则砂土可能大量溃入井下，是矿井溃水、溃砂灾害的主要来源，同时也是地表水体溃入井下的主要通道。2005年12月2日河南寺沟煤矿发生特别重大透水事故，造成42人死亡，直接经济损失为972.6万元。事故的直接原因是寺沟煤矿采掘沟通桥北煤矿，桥北煤矿采空区积水与其存在密切水力联系的松散砂土孔隙水及上伏青河地表水溃入井下，导致了事故发生。另外，安徽淮北桃园煤矿，山东兖州横河煤、枣庄柴里煤矿，河北邢台东庞煤矿，内蒙大柳塔、多仑煤矿等均出现严重溃砂事故。给矿井正常生产和人身安全造成重大威胁，造成重大经济损失。

当前煤矿为防止出现溃水、溃砂事故，据国家煤炭工业局制定的《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》(2000年版)规定，采用留设防水、防砂和防塌安全煤岩柱的方法。具体如下：

(1)防水安全煤柱。适用于中等、强富水体(渗透系数k＞1m/d，单位涌水量q＞0.1L/m.s)，公式为H_sh＞＝H_li+H_b

(2)防砂安全煤柱。适用于弱、中等富水体，渗透系数k≤1m/d，单位涌水量q≤0.1L/m.s，公式为H_s＞＝H_m+H_b

(3)防塌安全煤柱。适用于弱富水，渗透系数k≤1m/d，单位涌水量q≤0.1L/m.s。公式为H_t＝H_m

式中：H_sh为防水煤(岩)柱高度；H_s为防砂煤(岩)柱高度；H_t为防塌煤(岩)柱高度；H_li为导水裂缝带高度；H_m为垮落带高度；H_b为保护层厚度。

上述方法，只考虑了含水砂(砾)层的富水性，而没有考虑含水砂(砾)层的流动性和溃入矿井的难易性能。目前尚无合理的对水体下采煤至关重要的底层砂土溃砂危险性评价的方法和试验，尤其是对于含粘砂土渗溃破坏性的检测方法及装置。

实践表明含粘量较高的粗砂与含粘量较低的细、粉砂层均可以属于弱富水含水层，然而在含水层水头相同的条件下，细、粉砂在较小采动裂缝时，就可以溃入井下，而粗、砾砂则需要较大的裂缝。因此需要探索一种检测方法及装置，测量含水砂土(不同含粘量、不同粒颗和不同水头)溃入矿井的性能，即，渗溃破坏性。如能检测代表砂土的渗溃破坏性指标参数，结合水体下安全采煤技术体系，有助于建立砂土溃入矿井危险性评价方法。当含水砂层的水头一定时，确定含水砂层下部岩体的允许最大采动裂缝宽度、最大变形量和最小保护煤柱厚度。

发明目的

本发明的目的是提供一种砂土渗溃破坏性的检测方法及装置，该方法是通过对砂土渗溃破坏性的检测，找出的临界的渗溃破坏临界点，即，渗溃破坏孔径(裂宽)、渗溃自愈孔径(裂宽)，确保水体下采煤的安全。

为达到上述发明的目的，本发明采用以下技术方案：

这种砂土渗溃破坏性的检测方法，它包括以下步骤：

(1)取待检测土样，深部土样采用钻孔和取样器；

(2)根据取样地点的实测水头和密度，确定试样的相对密度和水力比降；

(3)将试样放入出口为漏斗状的筒体内，在漏斗的底部设有渗溃孔的渗溃片，在一定的水头作用下，测定通过漏斗的流体流量与时间关系，并绘制曲线。

(4)在测定的过程中，切换不同渗溃孔径的垫片，当以某孔径的垫片作测定，出现砂泥水全部流出时，即为渗溃破坏的临界点，孔径为“渗溃破坏孔径”；当以某孔径的垫片作测定，出现砂泥水部分流出然后停止时，即为渗溃自愈的临界点，孔径为“渗溃自愈孔径”。