我國(guó)煤礦工作面回采過(guò)程中底板擾動(dòng)監(jiān)測(cè)方法的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)

王明

[摘要]為了實(shí)現(xiàn)煤礦安全生產(chǎn)，需要對(duì)工作面回采過(guò)程中進(jìn)行動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，研究工作面底板在回采過(guò)程中的破壞規(guī)律和破壞深度。本文綜述了我國(guó)煤礦工作面回采過(guò)程中底板擾動(dòng)監(jiān)測(cè)方法，并對(duì)發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行了預(yù)測(cè)。

[關(guān)鍵詞]底板擾動(dòng) 底板突水 電阻率 破壞深度

[中圖分類號(hào)] TD82 [文獻(xiàn)碼] B [文章編號(hào)] 1000-405X（2015）-3-215-1

煤礦底板突水實(shí)質(zhì)是下伏承壓水沖破底板隔水層的阻隔，沿采煤工作面底板隔水層巖體內(nèi)部導(dǎo)水通道，以突發(fā)、緩發(fā)或滯發(fā)的形式向上涌入工作面采空區(qū)的過(guò)程。破壞隔水層底板的力源有多種，例如地應(yīng)力、礦山壓力、水壓力[1]。

1我國(guó)煤層回采底板擾動(dòng)監(jiān)測(cè)方法

1.1突水系數(shù)法

我國(guó)對(duì)煤層底板破壞及突水規(guī)律的研究始于20世紀(jì)60年代[2]，礦山科技人員在科研和生產(chǎn)實(shí)踐中，提出了突水系數(shù)公式，并在實(shí)踐中不斷深入研究探討，使突水系數(shù)公式不斷得以改進(jìn)，歷經(jīng)了近幾十年的研究和改進(jìn)，所考慮的引發(fā)底板突水的各項(xiàng)影響因素逐漸接近客觀實(shí)際。王計(jì)堂、王秀蘭[3]2011年提出了新的突水系數(shù)計(jì)算公式：

P為煤層底板隔水層承受的水壓力，MPa；

Mi為底板隔水層中第i層巖層厚度，m；

ξi為底板隔水層中第i層巖層等效隔水系數(shù)；

CP為采礦對(duì)底板擾動(dòng)的破壞深度，m；

hd為承壓水導(dǎo)升高度，m；

M0為奧灰頂部相對(duì)隔水層厚度，m。

M0可采用礦區(qū)鉆探、測(cè)井等水文地質(zhì)資料確定，在隔水缺陷區(qū)M0=0。

1.2下三帶理論

“下三帶”理論最早是由原山東礦業(yè)學(xué)院、峰峰礦務(wù)局等一批科技人員在實(shí)踐中總結(jié)出來(lái)的，下三帶理論提出將煤層底面到含水層頂面這個(gè)范圍的巖層劃分為三帶[4-5]，從上到下依次為：底板導(dǎo)水破壞帶，完整巖層帶（或保護(hù)層帶），承壓水導(dǎo)升帶。

底板導(dǎo)水破壞帶，是指煤層底板在開(kāi)采過(guò)程中， 巖層連續(xù)性遭受破壞， 所產(chǎn)生的裂隙范圍。完整巖層帶（或保護(hù)層帶），是指底板巖層在采煤的影響下具有隔水能力的部分。承壓水導(dǎo)升帶，是指在開(kāi)采礦壓作用下， 下伏含水層上覆巖層中充水裂隙分布的范圍。

在煤層底板擾動(dòng)分析中運(yùn)用“下三帶”理論，可以提高了評(píng)價(jià)煤層底板破壞的可靠性，為煤礦制定防治水方案提供可靠依據(jù)。

1.3高密度電阻率法

高密度電阻率探測(cè)技術(shù)，是在煤層工作面內(nèi)淺部地帶布置測(cè)線，或者進(jìn)行深部鉆孔在孔內(nèi)布線等方法。如：孫?？?，許進(jìn)鵬等[6]用將測(cè)線安裝于工作面淺部監(jiān)測(cè)溝中，以唐口煤礦4309工作面為對(duì)象進(jìn)行底板破壞規(guī)律的研究，得出該工作面底板的電阻率變化與工作面底板擾動(dòng)有著密切的相關(guān)性，并且得出工作面的顯著擾動(dòng)深度范圍等內(nèi)容。馮中貴[7]利用高密度電法對(duì)金鳳煤礦011802工作面進(jìn)行勘探，很好的對(duì)該煤礦含水層富水性劃分及斷層導(dǎo)水性進(jìn)行評(píng)價(jià)。

1.4 雙端封堵測(cè)漏測(cè)試方法

鉆孔雙端封堵測(cè)漏裝置是近幾年由山東科技大學(xué)發(fā)明的專利技術(shù)，雙端封堵測(cè)漏裝置試驗(yàn)時(shí)利用鉆機(jī)將孔內(nèi)封堵器送入鉆孔中，在不加壓的情況下，鉆桿兩端的膠囊是處于正常狀態(tài)，呈圓管狀。開(kāi)始測(cè)試時(shí)，利用堵孔操作臺(tái)首先注入高壓水源或氣源，使孔內(nèi)封堵器兩端的膠囊迅速膨脹至鉆孔孔徑的大小，從而使得兩個(gè)膠囊之間的鉆孔呈現(xiàn)一個(gè)密閉的空間，這個(gè)時(shí)候?qū)⒍驴撞僮髋_(tái)關(guān)閉，開(kāi)啟注水操作臺(tái)，通過(guò)細(xì)徑耐壓軟管往鉆桿中注入高壓水。如果膠囊之間封堵的巖層有裂隙存在，則注入鉆桿的水源就會(huì)通過(guò)裂隙流失，通過(guò)操作臺(tái)流量表的變化，可以測(cè)出規(guī)定注水壓力條件下該密閉空間內(nèi)的漏失量，然后通過(guò)鉆機(jī)的控制，重復(fù)相同的工作，測(cè)出在相同的單位時(shí)間，其他單位距離內(nèi)的漏失量。

漏失量的大小反應(yīng)了巖體內(nèi)裂隙的發(fā)育程度，如果裂隙發(fā)育，則漏失量就會(huì)偏大，如果漏失量很小甚至為零，則巖體內(nèi)裂隙不發(fā)育或沒(méi)有。

根據(jù)各段注水漏失量的變化情況來(lái)確定裂隙發(fā)育下界，以此探測(cè)確定底板巖層破壞規(guī)律。如黃彪，馮有利采用此種方法對(duì)城郊礦2703工作面破壞深度及裂隙發(fā)育進(jìn)行了預(yù)測(cè)，得出該工作面裂隙集中發(fā)育在煤層底板垂直深度13～31m范圍段內(nèi)。煤層最大破壞深度在斜孔78、79m的深度，在垂直深度方向發(fā)育到煤層底板下39m處等內(nèi)容。

除了以上煤礦回采過(guò)程中底板擾動(dòng)檢測(cè)方法外還有：原位張裂與零位破壞理論、底板巖體“兩帶”的模型、采場(chǎng)底板巖體的KS理論、“下四帶”理論、微震檢測(cè)法、聲波探測(cè)法、現(xiàn)場(chǎng)原位應(yīng)變（感應(yīng)）法、窺視鏡原位探測(cè)法、數(shù)值模擬和現(xiàn)場(chǎng)超聲成像測(cè)試相互驗(yàn)證的方法等。在此就不做詳述。

2 我國(guó)煤層回采底板擾動(dòng)監(jiān)測(cè)的發(fā)展趨勢(shì)

以上各種探測(cè)方法為我國(guó)煤炭開(kāi)采的各方面做出了重大貢獻(xiàn)，但是由于以往對(duì)煤層底板破壞認(rèn)識(shí)的限制，在工作的過(guò)程中往往對(duì)于底板擾動(dòng)的探測(cè)多采用一種方法，為此導(dǎo)致測(cè)試結(jié)果較為單一，不能更好地解釋煤層底板的破壞情況。隨著高科技的發(fā)展，各種技術(shù)的改良與優(yōu)化和工作人員的認(rèn)識(shí)的不斷加深以及知識(shí)面的拓寬，以后的底板擾動(dòng)的監(jiān)測(cè)將采用傳統(tǒng)方法和現(xiàn)代高科技相結(jié)合的方法。

參考文獻(xiàn)

[1] 王立萍.煤層底板突水機(jī)理及評(píng)價(jià)[J].河南理工大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2008，27（5）：514-519.

[2] 施龍青.底板突水機(jī)理研究綜述[J].山東科技大學(xué)學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），2009，28（3）：17-23.

[3]王計(jì)堂，王秀蘭.突水系數(shù)法分析預(yù)測(cè)煤層底板突水危險(xiǎn)性的探討[J].煤炭科學(xué)技術(shù).2011，39（7）：106-111.

[4] 李白英. 預(yù)防礦井底板突水的"下三帶"理論及其發(fā)展與應(yīng)用[J].山東礦業(yè)學(xué)院學(xué)報(bào)（自然科學(xué)版），1999，18（4）：11-18.

[5] 凌良輔.以"下三帶'理論對(duì)開(kāi)采受承壓水威脅煤層的探討[J].科技情報(bào)開(kāi)發(fā)與經(jīng)濟(jì)，2003，13（10）： 192-193.

[6] 孫?？?，許進(jìn)鵬，等.電阻率法動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)煤層底板破壞變形規(guī)律研究[J].煤炭科學(xué)技術(shù).2013，4（1）：113-115.

[7] 馮中貴.高密度電阻率法在金鳳煤礦水文地質(zhì)探測(cè)中的應(yīng)用[J].寧夏工程技術(shù).2011，10（4）：362-364.