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煤层开采覆岩采动破坏规律的多点全周期监测方法

更新时间:2024-07-01
煤层开采覆岩采动破坏规律的多点全周期监测方法 专利申请类型:发明专利;
源自:北京高价值专利检索信息库;

专利名称:煤层开采覆岩采动破坏规律的多点全周期监测方法

专利类型:发明专利

专利申请号:CN202210828266.X

专利申请(专利权)人:北京天地华泰矿业管理股份有限公司,天地科技股份有限公司,中煤科工开采研究院有限公司
权利人地址:北京市朝阳区和平里13区35号楼煤炭大厦10层

专利发明(设计)人:高峰,张国玉,张玉军,朱涛,樊振丽,郑光辉,张志巍,刘凯文,邢旭东,苏继敏,顾卫卫

专利摘要:本发明提供煤层开采覆岩采动破坏规律的多点全周期监测方法,通过沿始采线指向终采线的方向,在工作面外侧设置多个满足第一预设条件的应力应变观测钻孔,工作面外侧为位于工作面区域外靠近顺槽区域的位置,在工作面内侧以及工作面中部设置多个满足第二预设条件的钻孔冲洗液漏失量观测钻孔,工作面内侧为位于工作面区域内靠近顺槽区域的位置,获取各个应力应变观测钻孔的应力应变信息,各个钻孔冲洗液漏失量观测钻孔的采动覆岩渗透性能信息,基于应力应变信息与各个应力应变观测钻孔的位置信息,采动覆岩渗透性能信息与各个钻孔冲洗液漏失量观测钻孔的位置信息,确定煤层开采覆岩采动破坏规律的信息。提高监测煤层开采覆岩采动破坏规律的准确性。

主权利要求:
1.一种煤层开采覆岩采动破坏规律的多点全周期监测方法,其特征在于,包括:沿始采线指向终采线的方向,在工作面外侧设置多个满足第一预设条件的应力应变观测钻孔,其中,所述工作面外侧为位于工作面区域外,且靠近顺槽区域的位置;
沿所述始采线指向所述终采线的方向,在工作面内侧以及工作面中部设置多个满足第二预设条件的钻孔冲洗液漏失量观测钻孔,其中,所述工作面内侧为位于工作面区域内,且靠近顺槽区域的位置;
获取各个所述应力应变观测钻孔的应力应变信息,以及获取各个所述钻孔冲洗液漏失量观测钻孔的采动覆岩渗透性能信息;
基于所述应力应变信息与各个所述应力应变观测钻孔的位置信息,以及所述采动覆岩渗透性能信息与各个所述钻孔冲洗液漏失量观测钻孔的位置信息,确定煤层开采覆岩采动破坏规律的信息;
所述第一预设条件包括第一预设深度条件,其中,所述第一预设深度条件为沿所述始采线指向所述终采线的方向,各个应力应变观测钻孔的深度逐渐增加;
所述沿始采线指向终采线的方向,在工作面外侧设置多个满足第一预设条件的应力应变观测钻孔的步骤,包括:沿所述始采线指向所述终采线的方向,在工作面外侧依次设置钻孔的深度逐渐增加的应力应变观测钻孔;
所述第一预设条件还包括第一预设距离条件,其中,所述第一预设距离条件为钻孔越深的应力应变观测钻孔与顺槽区域的距离越大;
所述沿所述始采线指向所述终采线的方向,在工作面外侧依次设置钻孔的深度逐渐增加的应力应变观测钻孔的步骤,包括:沿所述始采线指向所述终采线的方向,在工作面外侧依次设置钻孔的深度逐渐增加,且与顺槽区域的距离逐渐增大的应力应变观测钻孔。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述第一预设条件包括第一预设距离条件,其中,所述第一预设距离条件为各个应力应变观测钻孔与顺槽区域的距离相等;
所述沿始采线指向终采线的方向,在工作面外侧设置多个满足第一预设条件的应力应变观测钻孔的步骤,包括:沿所述始采线指向所述终采线的方向,在工作面外侧设置多个与顺槽区域的距离相等的应力应变观测钻孔。
3.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述第一预设条件包括第一预设时间条件,其中,所述第一预设时间条件为在采动影响产生前,设置应力应变观测钻孔;
所述沿始采线指向终采线的方向,在工作面外侧设置多个满足第一预设条件的应力应变观测钻孔的步骤,包括:在采动影响产生前,沿所述始采线指向所述终采线的方向,在工作面外侧设置多个应力应变观测钻孔。
4.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述第二预设条件包括第二预设深度条件,其中,所述第二预设深度条件为各个所述钻孔冲洗液漏失量观测钻孔进入煤层底板;
所述沿所述始采线指向所述终采线的方向,在工作面内侧以及工作面中部设置多个满足第二预设条件的钻孔冲洗液漏失量观测钻孔的步骤,包括:沿所述始采线指向所述终采线的方向,在工作面内侧以及工作面中部设置多个钻孔进入煤层底板的钻孔冲洗液漏失量观测钻孔。
5.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,所述第二预设条件包括第二预设距离条件,其中,所述第二预设距离条件为与所述始采线距离最近的钻孔冲洗液漏失量观测钻孔与始采线的距离不小于预设距离,与所述终采线距离最近的钻孔冲洗液漏失量观测钻孔与始采线的距离不小于预设距离;
所述沿所述始采线指向所述终采线的方向,在工作面内侧以及工作面中部设置多个满足第二预设条件的钻孔冲洗液漏失量观测钻孔的步骤,包括:沿所述始采线指向所述终采线的方向,在工作面内侧以及工作面中部设置与所述始采线距离最近的钻孔冲洗液漏失量观测钻孔的情况下,将与所述始采线距离最近的钻孔冲洗液漏失量观测钻孔设置在与所述始采线相距不小于预设距离对应的位置;
沿所述始采线指向所述终采线的方向,在工作面内侧以及工作面中部设置与所述终采线距离最近的钻孔冲洗液漏失量观测钻孔的情况下,将与所述终采线距离最近的钻孔冲洗液漏失量观测钻孔设置在与所述终采线相距不小于预设距离对应的位置;
沿所述始采线指向所述终采线的方向,在走向监测线上设置其他的钻孔冲洗液漏失量观测钻孔,其中,所述走向监测线为以所述始采线上的点以及所述终采线上的点为端点的线。
6.根据权利要求1‑5任一项所述的方法,其特征在于,在所述沿始采线指向终采线的方向,在工作面外侧设置多个满足第一预设条件的应力应变观测钻孔的步骤之前,所述方法还包括:获取工作面区域的长度以及宽度;
基于所述长度以及所述宽度,确定采动覆岩移动变形观测钻孔的数量,其中,所述采动覆岩移动变形观测钻孔包括所述应力应变观测钻孔以及所述钻孔冲洗液漏失量观测钻孔。
7.根据权利要求6所述的方法,其特征在于,所述基于所述长度以及所述宽度,确定采动覆岩移动变形观测钻孔的数量基于所述采动覆岩移动变形观测钻孔的数量的步骤,包括:基于所述长度以及所述宽度,在走向监测线上,确定不少于3个采动覆岩移动变形观测钻孔,其中,所述走向监测线为以所述始采线上的点以及所述终采线上的点为端点的线;
基于所述长度以及所述宽度,在倾向监测线上,确定不少于4个采动覆岩移动变形观测钻孔。
8.根据权利要求1‑5任一项所述的方法,其特征在于,在所述在工作面外侧沿始采线指向终采线的方向设置多个应力应变观测钻孔的步骤之前,所述方法还包括:采用瞬变电磁法对待检测区域进行探查,获取煤层及其覆岩结构信息;其中,所述待检测区域包括工作面区域及所述工作面区域四周的预设范围区域;
基于所述煤层及其覆岩结构信息,确定工作面区域。 说明书 : 煤层开采覆岩采动破坏规律的多点全周期监测方法技术领域[0001] 本发明涉及煤层开采技术领域,尤其涉及一种煤层开采覆岩采动破坏规律的多点全周期监测方法。背景技术[0002] 大规模的地下煤炭资源开采,会不可避免地引起工程围岩尤其是煤层上覆岩层的大规模运动和破坏,从而对采场支护、覆岩结构及地面产生严重影响。顶板突水、溃泥、溃砂等安全事故均与覆岩运动密切相关。[0003] 监测煤层开采覆岩采动破坏规律是解决煤炭资源安全开发与顶板灾害防治矛盾的重要基础,对于煤矿安全生产,地表建构筑防护,水资源保护都具有极其重要的意义。[0004] 目前监测煤层开采覆岩采动破坏规律的方式中,所布置的观测钻孔的布置存在一定的盲目性和随意性,不能准确地监测煤层开采覆岩采动破坏规律的信息。发明内容[0005] 本发明提供一种煤层开采覆岩采动破坏规律的多点全周期监测方法,用以解决现有技术中所监测的煤层开采覆岩采动破坏规律的信息不准确的缺陷,提高监测煤层开采覆岩采动破坏规律的准确性。[0006] 本发明提供一种煤层开采覆岩采动破坏规律的多点全周期监测方法,包括:[0007] 沿始采线指向终采线的方向,在工作面外侧设置多个满足第一预设条件的应力应变观测钻孔,其中,所述工作面外侧为位于工作面区域外,且靠近顺槽区域的位置;[0008] 沿所述始采线指向所述终采线的方向,在工作面内侧以及工作面中部设置多个满足第二预设条件的钻孔冲洗液漏失量观测钻孔,其中,所述工作面内侧为位于工作面区域内,且靠近顺槽区域的位置;[0009] 获取各个所述应力应变观测钻孔的应力应变信息,以及获取各个所述钻孔冲洗液漏失量观测钻孔的采动覆岩渗透性能信息;[0010] 基于所述应力应变信息与各个所述应力应变观测钻孔的位置信息,以及所述采动覆岩渗透性能信息与各个所述钻孔冲洗液漏失量观测钻孔的位置信息,确定煤层开采覆岩采动破坏规律的信息。[0011] 可选的,所述第一预设条件包括第一预设深度条件,其中,所述第一预设深度条件为沿所述始采线指向所述终采线的方向,各个应力应变观测钻孔的深度逐渐增加;[0012] 所述沿始采线指向终采线的方向,在工作面外侧设置多个满足第一预设条件的应力应变观测钻孔的步骤,包括:[0013] 沿所述始采线指向所述终采线的方向,在工作面外侧依次设置钻孔的深度逐渐增加的应力应变观测钻孔。[0014] 可选的,所述第一预设条件还包括第一预设距离条件,其中,所述第一预设距离条件为钻孔越深的应力应变观测钻孔与顺槽区域的距离越大;[0015] 所述沿所述始采线指向所述终采线的方向,在工作面外侧依次设置钻孔的深度逐渐增加的应力应变观测钻孔的步骤,包括:[0016] 沿所述始采线指向所述终采线的方向,在工作面外侧依次设置钻孔的深度逐渐增加,且与顺槽区域的距离逐渐增大的应力应变观测钻孔。[0017] 可选的,所述第一预设条件包括第一预设距离条件,其中,所述第一预设距离条件为各个应力应变观测钻孔与顺槽区域的距离相等;[0018] 所述沿始采线指向终采线的方向,在工作面外侧设置多个满足第一预设条件的应力应变观测钻孔的步骤,包括:[0019] 沿所述始采线指向所述终采线的方向,在工作面外侧设置多个与顺槽区域的距离相等的应力应变观测钻孔。[0020] 可选的,所述第一预设条件包括第一预设时间条件,其中,所述第一预设时间条件为在采动影响产生前,设置应力应变观测钻孔;[0021] 所述沿始采线指向终采线的方向,在工作面外侧设置多个满足第一预设条件的应力应变观测钻孔的步骤,包括:[0022] 在采动影响产生前,沿所述始采线指向所述终采线的方向,在工作面外侧设置多个应力应变观测钻孔。[0023] 可选的,所述第二预设条件包括第二预设深度条件,其中,所述第二预设深度条件为各个所述钻孔冲洗液漏失量观测钻孔进入煤层底板;[0024] 所述沿所述始采线指向所述终采线的方向,在工作面内侧以及工作面中部设置多个满足第二预设条件的钻孔冲洗液漏失量观测钻孔的步骤,包括:[0025] 沿所述始采线指向所述终采线的方向,在工作面内侧以及工作面中部设置多个钻孔进入煤层底板的钻孔冲洗液漏失量观测钻孔。[0026] 可选的,所述第二预设条件包括第二预设距离条件,其中,所述第二预设距离条件为与所述始采线距离最近的钻孔冲洗液漏失量观测钻孔与始采线的距离不小于预设距离,与所述终采线距离最近的钻孔冲洗液漏失量观测钻孔与始采线的距离不小于预设距离;[0027] 所述沿所述始采线指向所述终采线的方向,在工作面内侧以及工作面中部设置多个满足第二预设条件的钻孔冲洗液漏失量观测钻孔的步骤,包括:[0028] 沿所述始采线指向所述终采线的方向,在工作面内侧以及工作面中部设置与所述始采线距离最近的钻孔冲洗液漏失量观测钻孔的情况下,将与所述始采线距离最近的钻孔冲洗液漏失量观测钻孔设置在与所述始采线相距不小于预设距离对应的位置;[0029] 沿所述始采线指向所述终采线的方向,在工作面内侧以及工作面中部设置与所述终采线距离最近的钻孔冲洗液漏失量观测钻孔的情况下,将与所述终采线距离最近的钻孔冲洗液漏失量观测钻孔设置在与所述终采线相距不小于预设距离对应的位置;[0030] 沿所述始采线指向所述终采线的方向,在走向监测线上设置其他的钻孔冲洗液漏失量观测钻孔,其中,所述走向监测线为以所述始采线上的点以及所述终采线上的点为端点的线。[0031] 可选的,在所述沿始采线指向终采线的方向,在工作面外侧设置多个满足第一预设条件的应力应变观测钻孔的步骤之前,所述方法还包括:[0032] 获取工作面区域的长度以及宽度;[0033] 基于所述长度以及所述宽度,确定采动覆岩移动变形观测钻孔的数量,其中,所述采动覆岩移动变形观测钻孔包括所述应力应变观测钻孔以及所述钻孔冲洗液漏失量观测钻孔。[0034] 可选的,所述基于所述长度以及所述宽度,确定采动覆岩移动变形观测钻孔的数量基于所述采动覆岩移动变形观测钻孔的数量的步骤,包括:[0035] 基于所述长度以及所述宽度,在走向监测线上,确定不少于3个采动覆岩移动变形观测钻孔,其中,所述走向监测线为以所述始采线上的点以及所述终采线上的点为端点的线;[0036] 基于所述长度以及所述宽度,在工作面的倾向监测线上,确定不少于4个采动覆岩移动变形观测钻孔。[0037] 可选的,在所述在工作面外侧沿始采线指向终采线的方向设置多个应力应变观测钻孔的步骤之前,所述方法还包括:[0038] 采用瞬变电磁法对待检测区域进行探查,获取煤层及其覆岩结构信息;其中,所述待检测区域包括工作面区域及所述工作面区域四周的预设范围区域;[0039] 基于所述煤层及其覆岩结构信息,确定工作面区域。[0040] 本发明提供的煤层开采覆岩采动破坏规律的多点全周期监测方法,通过沿始采线指向终采线的方向,在工作面外侧设置多个满足第一预设条件的应力应变观测钻孔,其中,工作面外侧为位于工作面区域外,且靠近顺槽区域的位置,沿始采线指向终采线的方向,在工作面内侧以及工作面中部设置多个满足第二预设条件的钻孔冲洗液漏失量观测钻孔,其中,工作面内侧为位于工作面区域内,且靠近顺槽区域的位置,获取各个应力应变观测钻孔的应力应变信息,以及获取各个钻孔冲洗液漏失量观测钻孔的采动覆岩渗透性能信息,基于应力应变信息与各个应力应变观测钻孔的位置信息,以及采动覆岩渗透性能信息与各个钻孔冲洗液漏失量观测钻孔的位置信息,确定煤层开采覆岩采动破坏规律的信息。通过上述方法,可以在工作面外侧设置多个应力应变观测钻孔,在工作面内侧以及工作面中部设置多个钻孔冲洗液漏失量观测钻孔,进而基于应力应变观测钻孔、钻孔冲洗液漏失量观测钻孔以及对应的位置信息,便可以确定出更加准确的回采的过程中煤层开采覆岩采动破坏规律的信息,从而能够提高监测煤层开采覆岩采动破坏规律的准确性。附图说明[0041] 为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案,下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。[0042] 图1是本发明提供的煤层开采覆岩采动破坏规律的多点全周期监测方法的流程示意图之一;[0043] 图2是本发明提供的设置应力应变观测钻孔的示意图之一;[0044] 图3本发明提供的煤层开采覆岩采动破坏规律的多点全周期监测方法的流程示意图之二;[0045] 图4是本发明提供的设置采动覆岩移动变形观测钻孔的示意图之一。具体实施方式[0046] 为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明中的附图,对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。[0047] 为了提高监测煤层开采覆岩采动破坏规律的准确性,本发明提供了一种煤层开采覆岩采动破坏规律的多点全周期监测方法。下面结合图1描述本发明的一种煤层开采覆岩采动破坏规律的多点全周期监测方法。[0048] 如图1所示,本发明公开了一种煤层开采覆岩采动破坏规律的多点全周期监测方法,包括:[0049] S101,沿始采线指向终采线的方向,在工作面外侧设置多个满足第一预设条件的应力应变观测钻孔。[0050] 为了能够获取应力应变信息,可以沿始采线指向终采线的方向,即煤层开采的推进方向,在工作面外侧设置多个满足第一预设条件的应力应变观测钻孔,其中,工作面外侧为位于工作面区域外,且靠近顺槽区域的位置,顺槽区域包括运输顺槽以及回风顺槽。[0051] 在一种实施方式中,可以在工作面外侧的地面上设置多个满足第一预设条件的应力应变观测钻孔,也可以根据不同的地质信息采用其他设置方式设置应力应变观测钻孔。其中,第一预设条件可以是第一预设深度条件、第一预设距离条件、第一预设时间条件等,在此不作具体限定。[0052] 作为一种实施方式,各个应力应变观测钻孔对应孔深可以不一致,以便可以获取不同孔深对应的应力应变信息。[0053] S102,沿所述始采线指向所述终采线的方向,在工作面内侧以及工作面中部设置多个满足第二预设条件的钻孔冲洗液漏失量观测钻孔。[0054] 为了获取采动覆岩渗透性能信息,可以沿始采线指向终采线的方向,即煤层开采的推进方向,在工作面内侧以及工作面中部设置多个满足第二预设条件的钻孔冲洗液漏失量观测钻孔。其中,工作面内侧为位于工作面区域内,且靠近顺槽区域的位置。[0055] 在一种实施方式中,可以在工作面外侧的地面上设置多个满足第二预设条件的钻孔冲洗液漏失量观测钻孔,也可以根据不同的地质信息采用其他设置方式设置钻孔冲洗液漏失量观测钻孔。其中,第二预设条件可以为第二预设深度条件、第二预设距离条件以及第二预设时间条件等,在此不作具体限定。[0056] S103,获取各个所述应力应变观测钻孔的应力应变信息,以及获取各个所述钻孔冲洗液漏失量观测钻孔的采动覆岩渗透性能信息。[0057] 由于在回采的过程中会引起围岩尤其是上覆岩层的大规模运动和破坏,因此,可以获取各个应力应变观测钻孔的应力应变信息,以及获取各个钻孔冲洗液漏失量观测钻孔的采动覆岩渗透性能信息。其中,回采的过程是只从完成采准、切割工作的矿块内采出矿石的过程。[0058] 作为一种实施方式,可以获取受采动影响波及的应力应变观测钻孔对应的不同孔深应力应变信息,基于各个应力应变观测钻孔对应的不同孔深应力应变信息,对各个钻孔冲洗液漏失量观测钻孔进行分段注水试验,从而便可以获得各个钻孔冲洗液漏失量观测钻孔对应的不同孔深、不同采动程度的覆岩渗透性能信息。[0059] 在一种实施方式中,可以在整个回采过程中,按照预设周期获取各个应力应变观测钻孔的应力应变信息,以及获取各个钻孔冲洗液漏失量观测钻孔的采动覆岩渗透性能信息。也可以在每次进行开采煤矿的前后分别获取各个应力应变观测钻孔的应力应变信息,以及获取各个钻孔冲洗液漏失量观测钻孔的采动覆岩渗透性能信息。这都是合理的。在此不作具体限定。[0060] S104,基于所述应力应变信息与各个所述应力应变观测钻孔的位置信息,以及所述采动覆岩渗透性能信息与各个所述钻孔冲洗液漏失量观测钻孔的位置信息,确定煤层开采覆岩采动破坏规律的信息。[0061] 在获取到应力应变信息以及采动覆岩渗透性能信息后,由于不同位置受到的采动影响波及程度不同,因此,可以基于应力应变信息与各个应力应变观测钻孔的位置信息,以及采动覆岩渗透性能信息与各个钻孔冲洗液漏失量观测钻孔的位置信息,不同位置处的应力应变观测钻孔采动影响程度与应力应变信息的关系,钻孔冲洗液漏失量观测钻孔受到的采动影响程度与采动覆岩渗透性能信息的关系。[0062] 从而可以全面掌握工作面覆岩破坏空间位置、破坏程度、渗透性能等情况,即能够准确地确定煤层开采覆岩采动破坏规律的信息。[0063] 在一种实施方式中,可以获取采集到应力应变信息的应力应变观测钻孔的位置信息,以及可以获取采集到的采动覆岩渗透性能信息的钻孔冲洗液漏失量观测钻孔的位置信息。[0064] 针对每份应力应变信息,可以记录该应力应变信息与该应力应变信息对应的应力应变观测钻孔的位置信息的对应关系。针对每份采动覆岩渗透性能信息,可以记录该采动覆岩渗透性能信息与该采动覆岩渗透性能信息对应的钻孔冲洗液漏失量观测钻孔的位置信息的对应关系,从而确定不同位置处的应力应变观测钻孔采动影响程度与应力应变信息的关系,钻孔冲洗液漏失量观测钻孔受到的采动影响程度与采动覆岩渗透性能信息的关系。[0065] 作为本发明的一种实施方式,上述第一预设条件可以包括第一预设深度条件,其中,第一预设深度条件为沿始采线指向终采线的方向,各个应力应变观测钻孔的深度逐渐增加。[0066] 上述沿始采线指向终采线的方向,在工作面外侧设置多个满足第一预设条件的应力应变观测钻孔的步骤可以包括:[0067] 沿所述始采线指向所述终采线的方向,在工作面外侧依次设置钻孔的深度逐渐增加的应力应变观测钻孔。[0068] 为了能够获取应力应变信息,可以沿始采线指向终采线的方向,即煤层开采的推进方向,在工作面外侧依次设置钻孔的深度逐渐增加的应力应变观测钻孔。即应力应变观测钻孔与始采线的距离越大,应力应变观测钻孔的深度越深。[0069] 在一种实施方式中,可以根据应力应变观测钻孔的数量,将应力应变观测钻孔按照钻孔的深度分为3个类别,即第一类别:钻孔深度浅、第二类别:钻孔深度中、第三类别:钻孔深度深。进而根据应力应变观测钻孔所属的类别,在工作面外侧按照钻孔深度浅、钻孔深度中以及钻孔深度深的设置方式,设置应力应变观测钻孔。[0070] 例如,如图2所示,第一应力应变观测钻孔201属于第一类别,即第一应力应变观测钻孔201的钻孔深度浅,第二应力应变观测钻孔202属于第二类别,即第二应力应变观测钻孔202的钻孔深度中,第三应力应变观测钻孔203属于第三类别,即第三应力应变观测钻孔203的钻孔深度深。沿始采线指向终采线的方向,在工作面外侧的地面210上依次设置钻孔的深度逐渐增加的第一应力应变观测钻孔201、第二应力应变观测钻孔202以及第三应力应变观测钻孔203。[0071] 作为一种实施方式,各个应力应变观测钻孔可以进入导水裂缝带,并且进入导水裂缝带的预计深度范围。其中,导水裂缝带为导水的裂隙破碎带。由于构造、成岩、风化等作用造成岩石破碎,透水性增大,常能积聚地下水或成为地下水流的通道。导水裂隙带的导水性取决于裂隙形成的岩性、规模、力学性质、裂隙带与含水层或地表水体的水力联系以及所在处的地形特征等。导水性好的裂隙带是良好的导水通道,也是矿坑及隧道突水的通道。这样,便可以在后续获取应力应变信息后,便可以基于应力应变信息获取导水裂隙带的导水性以及采动影响波及范围和覆岩运动形态。[0072] 例如,可以沿始采线指向终采线的方向,在工作面外侧依次设置钻孔的深度逐渐增加的应力应变观测钻孔,其中,应力应变观测钻孔的深度范围为:各个应力应变观测钻孔进入导水裂缝带20米~50米。[0073] 又例如,如图2所示,沿始采线指向终采线的方向,在工作面外侧的地面210上依次设置钻孔的深度逐渐增加,且钻孔进入导水裂缝带220的第一应力应变观测钻孔201、第二应力应变观测钻孔202以及第三应力应变观测钻孔203。[0074] 可见,本发明可以沿始采线指向终采线的方向,在工作面外侧依次设置钻孔的深度逐渐增加的应力应变观测钻孔,这样便可以方便后续获取应力应变信息,从而能够准确地确定煤层开采覆岩采动破坏规律的信息。[0075] 作为本发明的一种实施方式,上述第一预设条件还包括第一预设距离条件,其中,第一预设距离条件为钻孔越深的应力应变观测钻孔与顺槽区域的距离越大;[0076] 上述沿所述始采线指向所述终采线的方向,在工作面外侧依次设置钻孔的深度逐渐增加的应力应变观测钻孔的步骤可以包括:[0077] 沿所述始采线指向所述终采线的方向,在工作面外侧依次设置钻孔的深度逐渐增加,且与顺槽区域的距离逐渐增大的应力应变观测钻孔。[0078] 为了能够获取应力应变信息,可以沿始采线指向终采线的方向,即煤层开采的推进方向,在工作面外侧依次设置钻孔的深度逐渐增加,且与顺槽区域的距离逐渐增大的应力应变观测钻孔。即应力应变观测钻孔与始采线的距离越大,应力应变观测钻孔的深度越深,且应力应变观测钻孔与顺槽区域的距离越大。[0079] 例如,可以沿始采线指向终采线的方向,在工作面外侧依次设置钻孔的深度逐渐增加,且与顺槽区域的距离逐渐增大的应力应变观测钻孔,其中,应力应变观测钻孔的深度范围为:各个应力应变观测钻孔进入导水裂缝带20米~50米。应力应变观测钻孔与顺槽区域的距离范围为:15米~40米。[0080] 在一种实施方式中,沿始采线指向终采线的方向,相邻的应力应变观测钻孔与运输顺槽区域的距离的差值可以一致。或,沿始采线指向终采线的方向,相邻的应力应变观测钻孔与回风顺槽区域的距离的差值可以一致。[0081] 在另一种实施方式中,沿始采线指向终采线的方向,各个应力应变观测钻孔与运输顺槽区域的距离为等比数列。或沿始采线指向终采线的方向,各个应力应变观测钻孔与回风顺槽区域的距离为等比数列。[0082] 可见,本发明可以沿始采线指向终采线的方向,在工作面外侧依次设置钻孔的深度逐渐增加,且与顺槽区域的距离逐渐增大的应力应变观测钻孔。这样,便可以获取到更大的采动覆岩运移波及范围对应的应力应变信息,以便后续能够准确地确定煤层开采覆岩采动破坏规律的信息。[0083] 作为本发明的一种实施方式,上述第一预设条件包括第一预设距离条件,其中,上述第一预设距离条件为各个应力应变观测钻孔与顺槽区域的距离相等。[0084] 上述沿始采线指向终采线的方向,在工作面外侧设置多个满足第一预设条件的应力应变观测钻孔的步骤可以包括:[0085] 沿所述始采线指向所述终采线的方向,在工作面外侧设置多个与顺槽区域的距离相等的应力应变观测钻孔。[0086] 为了能够获取应力应变信息,可以沿始采线指向终采线的方向,即煤层开采的推进方向,在工作面外侧设置多个与顺槽区域的距离相等的应力应变观测钻孔。即各个应力应变观测钻孔与顺槽区域的距离均相等。[0087] 作为本发明的一种实施方式,上述第一预设条件包括第一预设时间条件,其中,第一预设时间条件为在采动影响产生前,设置应力应变观测钻孔。[0088] 上述沿始采线指向终采线的方向,在工作面外侧设置多个满足第一预设条件的应力应变观测钻孔的步骤可以包括:[0089] 在采动影响产生前,沿所述始采线指向所述终采线的方向,在工作面外侧设置多个应力应变观测钻孔。[0090] 为了能够获取应力应变信息,可以在采动影响产生前,沿始采线指向终采线的方向,即煤层开采的推进方向,在工作面外侧设置多个应力应变观测钻孔。[0091] 在一种实施方式中,可以在回采前设置多个应力应变观测钻孔。在另一种实施方式中,在回采中,可以预测工作面采动影响范围,进而在采动影响范围外的工作面外侧,设置多个应力应变观测钻孔。这都是合理的。[0092] 作为本发明的一种实施方式,在设置应力应变观测钻孔的过程中,即在应力应变观测钻孔施工的过程中,可以执行钻孔冲洗液漏失量观测钻孔施工、观测相关要求,具体地,可以进行岩芯编录、钻孔冲洗液漏失量记录、钻孔水位记录、钻探异常现象记录等。以便后续设置钻孔冲洗液漏失量观测钻孔。[0093] 作为本发明的一种实施方式,上述第二预设条件包括第二预设深度条件,其中,第二预设深度条件为各个所述钻孔冲洗液漏失量观测钻孔进入煤层底板;[0094] 上述沿所述始采线指向所述终采线的方向,在工作面内侧以及工作面中部设置多个满足第二预设条件的钻孔冲洗液漏失量观测钻孔的步骤可以包括:[0095] 沿所述始采线指向所述终采线的方向,在工作面内侧以及工作面中部设置多个钻孔进入煤层底板的钻孔冲洗液漏失量观测钻孔。[0096] 为了能够获取采动覆岩渗透性能信息,可以沿始采线指向终采线的方向,即煤层开采的推进方向,在工作面内侧以及工作面中部设置多个钻孔进入煤层底板的钻孔冲洗液漏失量观测钻孔。其中,煤层底板为正常层序的含煤地层剖面中,直接伏于煤层下面的岩层。[0097] 作为本发明的一种实施方式,上述第二预设条件包括第二预设距离条件,其中,第二预设距离条件为与所述始采线距离最近的钻孔冲洗液漏失量观测钻孔与始采线的距离不小于预设距离,与所述终采线距离最近的钻孔冲洗液漏失量观测钻孔与始采线的距离不小于预设距离;[0098] 上述沿所述始采线指向所述终采线的方向,在工作面内侧以及工作面中部设置多个满足第二预设条件的钻孔冲洗液漏失量观测钻孔的步骤可以包括:[0099] 沿所述始采线指向所述终采线的方向,在工作面内侧以及工作面中部设置与所述始采线距离最近的钻孔冲洗液漏失量观测钻孔的情况下,将与所述始采线距离最近的钻孔冲洗液漏失量观测钻孔设置在与所述始采线相距不小于预设距离对应的位置。[0100] 沿所述始采线指向所述终采线的方向,在工作面内侧以及工作面中部设置与所述终采线距离最近的钻孔冲洗液漏失量观测钻孔的情况下,将与所述终采线距离最近的钻孔冲洗液漏失量观测钻孔设置在与所述终采线相距不小于预设距离对应的位置。[0101] 例如,为了能够获取采动覆岩渗透性能信息,可以沿始采线指向终采线的方向,即煤层开采的推进方向,在工作面内侧以及工作面中部设置与始采线距离最近的钻孔冲洗液漏失量观测钻孔的情况下,将与始采线距离最近的钻孔冲洗液漏失量观测钻孔设置在与始采线相距不小于20米的位置。[0102] 在工作面内侧以及工作面中部设置与终采线距离最近的钻孔冲洗液漏失量观测钻孔的情况下,将与终采线距离最近的钻孔冲洗液漏失量观测钻孔设置在于终采线相距不小于20米的位置。[0103] 沿所述始采线指向所述终采线的方向,在走向监测线上设置其他的钻孔冲洗液漏失量观测钻孔,其中,所述走向监测线为以所述始采线上的点以及所述终采线上的点为端点的线。[0104] 也就是说,在走向监测线上,设置除与始采线距离最近的钻孔冲洗液漏失量观测钻孔,与终采线距离最近的钻孔冲洗液漏失量观测钻孔以外的钻孔冲洗液漏失量观测钻孔。[0105] 作为本发明的一种实施方式,上述第二预设条件包括第二预设时间条件,第二预设时间条件为在满足预设时间条件的情况下,设置各个钻孔冲洗液漏失量观测钻孔。[0106] 在一种实施方式中,钻孔冲洗液漏失量观测钻孔可以分为多批进行设置,在工作面越过上一批钻孔冲洗液漏失量观测钻孔1个月~2个月后,设置下一批钻孔冲洗液漏失量观测钻孔。[0107] 作为一种实施方式,可以在获取到应力应变观测钻孔的信息后,设置钻孔冲洗液漏失量观测钻孔。[0108] 作为本发明的一种实施方式,可以根据实际需求在工作面内侧设置钻孔冲洗液漏失量观测钻孔,具体地,可以设置与顺槽的相距不同距离的钻孔冲洗液漏失量观测钻孔,从而可以获取与顺槽的相距不同距离的采动覆岩渗透性能信息。[0109] 作为一种实施方式,沿始采线指向终采线的方向,相邻的钻孔冲洗液漏失量观测钻孔与运输顺槽区域的距离的差值可以一致。或,沿始采线指向终采线的方向,相邻的钻孔冲洗液漏失量观测钻孔与回风顺槽区域的距离的差值可以一致。[0110] 作为另一种实施方式,沿始采线指向终采线的方向,各个应力应变观测钻孔与运输顺槽区域的距离为等比数列。或,沿始采线指向终采线的方向,各个应力应变观测钻孔与回风顺槽区域的距离为等比数列。[0111] 作为本发明的一种实施方式,如图3所示,在上述沿始采线指向终采线的方向,在工作面外侧设置多个满足第一预设条件的应力应变观测钻孔的步骤之前,上述方法还可以包括:[0112] S301,获取工作面区域的长度以及宽度。[0113] 为了能够确定出应力应变观测钻孔的数量以及钻孔冲洗液漏失量观测钻孔的数量,可以获取工作面区域的长度以及宽度。[0114] S302,基于所述长度以及所述宽度,确定采动覆岩移动变形观测钻孔的数量。[0115] 在获取到工作面区域的长度以及宽度后,可以基于工作面区域的长度以及工作面区域的宽度,确定采动覆岩移动变形观测钻孔的数量,采动覆岩移动变形观测钻孔的数量可以为15、20、22,这都是合理的。其中,采动覆岩移动变形观测钻孔根据不同的观测原理可以分为应力应变观测钻孔以及钻孔冲洗液漏失量观测钻孔。[0116] 可见,本发明可以获取工作面区域的长度以及宽度,进而基于长度以及宽度,确定采动覆岩移动变形观测钻孔的数量,以便后续设置应力应变观测钻孔以及钻孔冲洗液漏失量观测钻孔,从而能够准确地确定煤层开采覆岩采动破坏规律的信息。[0117] 作为本发明实施例的一种实施方式,上述基于所述长度以及所述宽度,确定采动覆岩移动变形观测钻孔的数量基于所述采动覆岩移动变形观测钻孔的数量的步骤可以包括:[0118] 基于所述长度以及所述宽度,在工作面的走向监测线上,确定不少于3个采动覆岩移动变形观测钻孔,其中,走向为以始采线上的点以及终采线上的点为端点的线,走向即为煤层开采的推进方向,走向监测线可以为煤层面与水平面的交线,当然,在实际施工的过程中可以根据实际需求设置采动覆岩移动变形观测钻孔,大致方向位于工作面的走向即为走向监测线。[0119] 例如,如图4所示,工作面的走向为水平方向,可以在走向监测线上,即位于工作面外侧的走向监测线403,位于工作面内侧的走向监测线404、位于工作面中部的走向监测线405、位于工作面内侧的走向监测线406以及位于工作面外侧的走向监测线407,分别确定不少于3个采动覆岩移动变形观测钻孔。其中,走向监测线可以为以始采线401上的点以及终采线402上的点为端点的线。[0120] 走向监测线403以及走向监测线404为靠近运输顺槽408的走向监测线,走向监测线406以及走向监测线407为靠近回风顺槽409的走向监测线。[0121] 走向监测线403上确定第四应力应变观测钻孔Y11、第五应力应变观测钻孔Y12以及第六应力应变观测钻孔Y13一共三个应力应变观测孔。[0122] 走向监测线404上确定第一钻孔冲洗液漏失量观测钻孔Y21、第二钻孔冲洗液漏失量观测钻孔Y22以及第三钻孔冲洗液漏失量观测钻孔Y23一共三个钻孔冲洗液漏失量观测钻孔。[0123] 走向监测线405上确定第四钻孔冲洗液漏失量观测钻孔Z1、第五钻孔冲洗液漏失量观测钻孔Z21、第六钻孔冲洗液漏失量观测钻孔Z22以及第七钻孔冲洗液漏失量观测钻孔Z3一共四个钻孔冲洗液漏失量观测钻孔。[0124] 走向监测线406上确定第八钻孔冲洗液漏失量观测钻孔H21、第九钻孔冲洗液漏失量观测钻孔H22以及第十钻孔冲洗液漏失量观测钻孔H23一共三个钻孔冲洗液漏失量观测钻孔。[0125] 走向监测线407上确定第七应力应变观测钻孔H11、第八应力应变观测钻孔H12以及第九应力应变观测钻孔H13一共三个应力应变观测孔。[0126] 基于所述长度以及所述宽度,在工作面的倾向监测线上,确定不少于4个采动覆岩移动变形观测钻孔,其中,倾向监测线为煤层面上与走向检测线垂直并沿斜面向下所引的线,当然,在实际施工的过程中,可以根据实际需求设置采动覆岩移动变形观测钻孔,不一定要垂直于走向监测线,大致方向位于工作面的倾向即为倾向监测线。[0127] 例如,如图4所示,工作面的倾向为竖直方向,在工作面的倾向监测线上,即倾向监测线410、倾向监测线411以及倾向监测线412分别确定不少于4个采动覆岩移动变形观测钻孔。其中,倾向监测线为与始采线401平行的线,当然也可以为根据工作面的范围所确定的线,此处仅为一个例子。[0128] 倾向监测线410上确定第四应力应变观测钻孔Y11、第一钻孔冲洗液漏失量观测钻孔Y21、第四钻孔冲洗液漏失量观测钻孔Z1、第八钻孔冲洗液漏失量观测钻孔H21以及第七应力应变观测钻孔H11一共五个采动覆岩移动变形观测钻孔。[0129] 倾向监测线411上确定第五应力应变观测钻孔Y12、第二钻孔冲洗液漏失量观测钻孔Y22、第五钻孔冲洗液漏失量观测钻孔Z21、第九钻孔冲洗液漏失量观测钻孔H22以及第八应力应变观测钻孔H12一共五个采动覆岩移动变形观测钻孔。[0130] 倾向监测线412上确定第六应力应变观测钻孔Y13、第三钻孔冲洗液漏失量观测钻孔Y23、第七钻孔冲洗液漏失量观测钻孔Z3、第十钻孔冲洗液漏失量观测钻孔H23以及第九应力应变观测钻孔H13一共五个采动覆岩移动变形观测钻孔。[0131] 作为本发明实施例的一种实施方式,当采动覆岩移动变形观测钻孔数量,大于以满足走向监测线上包括不少于3个采动覆岩移动变形观测钻孔,且倾向监测线上包括不少于4个采动覆岩移动变形观测钻孔对应的钻孔数量的情况下,可以减少工作面内侧监测线上的钻孔冲洗液漏失量观测钻孔。[0132] 例如,存在四条走向监测线,以及四条倾向监测线,每条走向监测线上包括4个采动覆岩移动变形观测钻孔,每条倾向监测线上包括4个采动覆岩移动变形观测钻孔,即一共16个采动覆岩移动变形观测钻孔,在这种情况下,可以减少一个工作面内侧监测线上的钻孔冲洗液漏失量观测钻孔。[0133] 作为一种实施方式,在减少一条工作面内侧监测线上的钻孔冲洗液漏失量观测钻孔的情况下,不可以减少与该钻孔冲洗液漏失量观测钻孔处于同一条倾向监测线且在另一条工作面内侧监测线上的钻孔冲洗液漏失量观测钻孔。[0134] 作为本发明的一种实施方式,在上述在工作面外侧沿始采线指向终采线的方向设置多个应力应变观测钻孔的步骤之前,上述方法还可以包括:[0135] 采用瞬变电磁法对待检测区域进行探查,获取煤层及其覆岩结构信息。[0136] 在工作面回采前,可以利用瞬变电磁法对待检测区域进行地面探查,进而通过视电阻率剖面图确定煤层及其覆岩结构信息,即煤层及其上覆岩层岩性结构特征及赋存变化规律,这样便可以得到煤层及其覆岩结构信息。[0137] 基于煤层及其覆岩结构信息,即煤层及其上覆岩层岩性结构特征及赋存变化规律,可以分析判定工作面区域的上覆岩层岩性结构与各岩层赋存规律。其中,待检测区域包括工作面区域及工作面区域四周的预设范围区域。例如,如图4所示,可以采用瞬变电磁法对待检测区域413进行探查,获取煤层及其覆岩结构信息。[0138] 基于所述煤层及其覆岩结构信息,确定工作面区域。[0139] 在获取到煤层及其覆岩结构信息后,可以基于煤层及其覆岩结构信息所包括的煤层及其上覆岩层岩性结构特征及赋存变化规律,确定工作面区域。以便后续确定采动覆岩移动变形观测钻孔。[0140] 作为本发明的一种实施方式,可以在回采结束后,利用瞬变电磁法对待检测区域再次进行地面探查,按照监测线位置形成视电阻率剖面图,从而确定回采结束后的煤层及其覆岩结构信息,即煤层及其上覆岩层岩性结构特征及赋存变化规律,这样便可以得到回采结束后的煤层及其覆岩结构信息。[0141] 进而,可以对比回采前的煤层及其覆岩结构信息以及回采结束后的煤层及其覆岩结构信息,从而确定采动覆岩最大破坏高度和整体破坏形态。[0142] 作为本发明的一种实施方式,可以基于工作面覆岩破坏空间位置、破坏程度、渗透性能、采动覆岩最大破坏高度以及整体破坏形态,为顶板含水层疏放钻孔布置及疏放时机提供有价值的参考依据,防范工作面突水溃砂,有效提高水体下采煤安全系数。[0143] 作为本发明的一种实施方式,在工作面回采前,可以通过地质资料进行调查分析,例如可以通过井田地质勘探钻孔资料,确定煤层上覆岩层结构特征。在此不做具体限定。[0144] 作为本发明的一种实施方式,由于应力应变观测钻孔和钻孔冲洗液漏失量观测钻孔揭露回采煤层,因此,可以获取到采动影响波及到应力应变观测钻孔不同孔深的应力应变信息,进而基于不同孔深的应力应变信息进行分段注水试验,例如,如图4所示,可以对第五钻孔冲洗液漏失量观测钻孔Z21以及第六钻孔冲洗液漏失量观测钻孔Z22进行分段注水试验,从而可以获取工作面与不同位置的孔冲洗液漏失量观测钻孔的采动影响程度与采动覆岩渗透信息的对应关系。[0145] 最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

专利地区:北京

专利申请日期:2022-07-13

专利公开日期:2024-06-18

专利公告号:CN115126475B

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