[发明专利]一种基于同位素标识的覆岩裂隙导通性探测方法

摘要

本发明公开了一种基于同位素标识的覆岩裂隙导通性探测方法，它是通过添加不同的同位素标识物实现对覆岩中不同含水层水的有效标识，通过对比各含水层及工作面排水中标识同位素的千分偏差值确定各含水层的水是否导入工作面，根据覆岩中各含水层中的水是否导入工作面确定覆岩裂隙导通性。本发明克服了传统的间接探测方法的不足，从理论上消除了此类误差，能为工作面进行水害防治提供更准确的依据。

主权项

一种基于同位素标识的覆岩裂隙导通性探测方法，其特征在于，它是通过添加不同的同位素标识物实现对覆岩中不同含水层水的有效标识，通过对比各含水层及工作面排水中标识同位素的千分偏差值确定各含水层的水是否导入工作面，根据覆岩中各含水层中的水是否导入工作面确定覆岩裂隙导通性；具体包括以下步骤：第一步：探测范围的确定根据工作面的累计采高，确定探测的最小高度HN，HN按下式计算根据工作面覆岩岩性及抗压强度，《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》中给出了导水裂隙带发育高度的近似预测公式，由于覆岩裂隙的发育还受地质构造因素的影响，为保证探测结果的准确性，确定探测的最大高度HM按照预测高度的两倍进行计算，具体公式为：（1）当工作面覆岩以石英砂岩、石灰岩、砂质页岩、砾岩为主，且单轴抗压强度大于40 MPa时，（2）当工作面覆岩以砂岩、泥质灰岩、砂质页岩、页岩为主，且单轴抗压强度为20~40 MPa时，（3）当工作面覆岩以泥岩、泥质砂岩为主，且单轴抗压强度小于20 MPa时，则因此，覆岩需探测的高度范围为工作面上方HN‑HM，单位m；第二步：覆岩中各含水层的层数、位置及标识物的确定通过钻孔勘探获得工作面上方0~HM米范围内不同含水层的位置，获取各含水层的水样并运回实验室；根据HN~HM米范围内含水层的层数n，在稳定同位素中选取至少n种同位素，分别测定其在各含水层中的千分偏差值；测定时，首先将选取的同位素转化为气体或固体源，然后采用同位素比质谱仪进行测定；上述稳定同位素指的是制取方便、成本低，对人和环境无害的且便于监测的稳定同位素；根据各含水层中选取同位素的特征，确定n种标识同位素，并选取合适的标识物；可选的标识物包括重水、1H218O，以及23Na213C16O3、23Na234S16O4、23Na37Cl和87Sr35Cl2溶液；第三步：对各含水层进行标识工作面开采覆岩未受到采动影响之前，在距工作面前方200‑260米的位置布置注水站；首先在注水站采用较大直径钻头钻注浆孔，钻进至某待标志含水层下方的隔水层底部时，对该注浆孔进行高压注浆，实现对揭露含水层的封堵，以保证后面注入同位素时，不会注入到下面的含水层中；然后采用小直径钻头在注浆孔有效封堵的围岩内钻注水孔，钻进至某待标志含水层时，在该含水层中注入标志物，再注入取自该含水层的水，确保标识物全部注入待标志含水层中，最后注入浆液封堵钻孔；重复上述过程，完成对探测范围内所有含水层的标识；第四步：工作面排水检测待工作面推进至距注水站45‑55米时，开始对工作面排水进行取样，每4‑6小时取样一次，在实验室检测所取样品中n种标识同位素的千分偏差值；连续取样直至工作面推过注水站100 米，取样结束，获得全部所取样品中n种标识同位素的千分偏差值；第五步：覆岩裂隙导通性评价将各含水层中标识同位素的千分偏差值，与工作面排水中标识同位素的最大千分偏差值进行对比，若工作面排水中某标识同位素的最大千分偏差值增大20%以上，说明用该同位素标识的含水层的水导入工作面中，反之，含水层的水不导入工作面；由此即可确定覆岩裂隙的导通性。