[发明专利]煤矿顶板裂隙形态及其演化过程的精密搜索观测方法

说明书

技术领域

本发明涉及煤矿顶板裂隙形态及其演化过程的观测技术，具体涉及综合使用地质钻机、岩层观测记录仪、双端堵水器和多点位移计的搜索式观测方法。

背景技术

通常情况下，矿井采煤工作面开采或巷道开挖后，工作面或巷道顶板部分岩层内会形成离层及破裂，了解顶板岩层裂隙形态及其演化过程，是确定工作面及巷道合理支护参数的重要依据。对于在建筑物、铁路(公路)、水下采煤工作面，了解顶板岩层裂隙形态及其演化过程，是确定工作面合理开采参数的依据，也是顶板离层注浆减沉和地表下沉控制技术应用的基础，同时对承压水下煤层疏水安全开采等也具有重要作用。

目前，煤矿井下常用各类双端堵水器、岩层观测记录仪等对采空区顶板裂隙情况进行观测，简单地使用这些仪器进行钻孔观测，将消耗大量的人力物力，最重要的是难以找到具体的破裂或离层区域进行针对性观测，得到顶板裂隙的形态及其演化过程。

为此，发明人承担了国家科技支撑计划课题“深部及中小煤矿灾害防治关键技术究与示范”(编号：2012BAK04B00)，本发明是该项目研究内容中的一部分成果。

发明内容

为了克服现有采空区顶板裂隙观测方法的观测消耗大，观测结果粗略的缺点，本发明提供了一种低消耗、结果精确的观测方法，这是一种综合使用地质钻机、岩层观测记录仪、双端堵水器和多点位移计的搜索式观测方法。

为了达到上述目的，本发明观测方法的详细步骤是：

第一步：使用地质钻机进行顶板钻孔。

工作面回采或巷道开挖前，在联络巷或掘进头处设立测站，用地质钻机向顶板钻斜孔，选取合理的钻孔角度以及足够的钻孔深度，以保证钻孔贯通顶板有裂隙的区域。钻孔完成后撤出钻杆，并组装岩层观测记录仪。

第二步：使用岩层观测记录仪搜索表面裂隙区。

利用导杆沿钻孔轴心人工推进彩色摄像探头，同时操作主机进行录像，并逐渐深入钻孔，直至整个钻孔观测完毕；根据录像内容及深度计数器的读数，找到其中裂隙尺寸较大，分布较集中的范围，并从下到上依次标注为第一表面裂隙区、第二表面裂隙区…第M表面裂隙区。观测完成后撤出导杆，同时连接好双端堵水器的输水管路及输气管路。

第三步：使用双端堵水器搜索上述表面裂隙区内的延深裂隙。

开动地质钻机将堵水探杆推入钻孔，直至探杆刚好全部处于第一表面裂隙区；操作堵水操作台，使封孔气压稳定在额定气压P₁，完成封孔；操作注水操作台，向探杆内注水，使水压稳定在额定水压P₂后，记录1分钟内的水流量数据；记录完成后，排出堵水探杆中的气体和水，开动钻机将探杆向深处推送1米(默认堵水探杆长度为1米)；重复上述操作，直至完成该表面裂隙区的观测。开动地质钻机将堵水探杆推至下个表面裂隙区，重复上述操作，直至所有表面裂隙区观测完毕。

上述额定气压P₁和额定水压P₂由以下方法确定：

P₁为使堵水探杆封孔胶囊部分膨胀直径略大于钻孔直径时的气压，可在现场简单测得；

额定水压P₂由下式确定：

P₂＝初始静压+H×sinα×0.1MPa

式中：

初始静压-注水操作台到钻孔底部的静水压力；

α-钻孔的倾角；

H-该次观测时堵水探杆顶端所处的钻孔深度。

设M个表面裂隙区中第i表面裂隙区的斜高为L_i米。若L_i为整数米，可以得到L_i组观测数据S_i1，S_i2，…，S_iLi；若L_i非整数米，可以得到[L_i]+1组观测数据S_i1，S_i2，…，S_i[[Li]，S’_i([Li]+1)，对S’_i([Li]+1)进行如下处理：