本發(fā)明涉及礦井地質(zhì)領(lǐng)域與采礦工程技術(shù)，尤其涉及一種煤礦采空區(qū)水探放方法。

背景技術(shù)：
煤礦采空區(qū)水是威脅煤礦安全的一類水害，為解除相關(guān)水害威脅，在采煤工作面開采以前會對旁邊的采空區(qū)水進(jìn)行探放。目前探放水方法主要是通過實施大量的鉆孔進(jìn)行隨機探放，存在以下問題：1)鉆孔實施量很大，工程周期長，工程費用大；2)探放整體效果差，探放后有較大的安全隱患，鉆孔隨機探放沒有針對性，有大量盲區(qū)未探放，進(jìn)而存在安全隱患；3)無法判斷某個鉆孔是否完成了探放水工作；4)在探放水之前無法判斷鉆孔探放水水壓，探放水時容易發(fā)生噴射事故。

技術(shù)實現(xiàn)要素：
為了解決上述問題，本發(fā)明的目的在于提供一種煤礦采空區(qū)水探放方法，利用埋深傳感器組的方法很好地了解煤炭開采后封閉的采空區(qū)里面的情況，具有簡單易實施；探放水工程量低；探放水效果好和安全的優(yōu)點。為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種煤礦采空區(qū)水探放方法，包括以下步驟：步驟一：采空區(qū)(1)相關(guān)信息獲取，獲取信息包括頂板類型、采煤厚度M和采煤周期來壓步距D，頂板類型是通過鉆探對采煤頂板巖石取樣測試其單軸抗壓強度σ，若σ≤20MPa則頂板為軟弱頂板，20MPa＜σ≤40MPa則頂板為中硬頂板，40MPa＜σ≤60Mpa則頂板為堅硬頂板；采煤厚度M則通過采空區(qū)(1)形成前的設(shè)計獲取；采煤平均周期來壓步距D是通過實測獲得；步驟二：采空區(qū)(1)形成前布置多個傳感器組(2)，每個傳感器組(2)包括1個電極傳感器、1個水壓力傳感器和1個水聽器，傳感器組(2)的布置方法是：①將傳感器組(2)沿采空區(qū)走向方向布置在采空區(qū)(1)形成前的兩巷(3)，傳感器組(2)兩兩間距小于1個采煤工作面平均周期來壓步距離D，且不在預(yù)計的平均周期來壓點布置傳感器組(2)；②傳感器組(2)沿采空區(qū)(1)垂直方向的位置依據(jù)不同頂板類型，當(dāng)頂板為軟弱頂板時，分別布置在距離兩巷(3)保留煤柱(4)以內(nèi)0.1M～0.5M區(qū)域內(nèi)；當(dāng)頂板為中硬頂板時，分別布置在距離兩巷(3)保留煤柱(4)以內(nèi)0.2M～0.6M區(qū)域內(nèi)，當(dāng)頂板為堅硬頂板時，分別布置在距離兩巷(3)保留煤柱(4)以內(nèi)0.3M～0.7M區(qū)域內(nèi)；③傳感器組(2)除平行于采煤走向方向以外，其他各個方向設(shè)置傳感器組(2)的保護裝置，以保證其在采空區(qū)(1)形成后正常運轉(zhuǎn)；④傳感器組(2)的數(shù)據(jù)傳輸線埋設(shè)在采空區(qū)(1)底板0.5m以深區(qū)域，并引出采空區(qū)(1)后連接數(shù)據(jù)采集器(5)；⑤記錄各傳感器組(2)所在點的標(biāo)高W；步驟三：采空區(qū)(1)形成過程中觀測涌水量；采煤過程就是采空區(qū)(1)形成的過程，對該過程中每一次周期來壓的涌水量進(jìn)行觀測，相鄰兩次穩(wěn)定涌水量增加超過10m3/h或較前一次涌水量增加10％以上，則記錄該次來壓涌水點(6)；步驟四：采空區(qū)(1)形成后劃分積水區(qū)段(7)，積水區(qū)段(7)劃分的方法為：通過步驟二中布置的水壓力傳感器得到的水壓數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，相鄰的兩個水壓力傳感器水壓力差△P與對應(yīng)的傳感器標(biāo)高差產(chǎn)生的水壓力差△Pb兩者差異不在10％以內(nèi)則判定兩個傳感器不在同一積水區(qū)段(7)，以兩者中點沿垂向采煤工作面走向方向劃分開，就得到了積水區(qū)段(7)；△P＝P1-P2，式中P1、P2分別為相鄰兩個傳感器的水壓力值，△Pb＝ρg(W1-W2)，式中，ρ是水的密度，g為重力加速度，W1、W2分別是觀測到P1、P2水壓力的傳感器所在點的標(biāo)高；步驟五：對每個積水區(qū)段(7)進(jìn)行探放水；每個積水區(qū)段(7)的探放水方法如下：①找出積水區(qū)段(7)內(nèi)所有靠近探放水巷道(8)的電極傳感器探測到有水的點，以該點垂直于采空區(qū)(1)走向在探放水巷道(8)的投影點為起點，以方位角為-45°～45°，來布置鉆孔組(9)；②鉆孔組(9)放水端配備防噴器，防噴器防噴射壓力應(yīng)大于該點水壓力傳感器的水壓力；③積水區(qū)段(7)內(nèi)若有步驟三中記錄的來壓涌水點(6)另外布置一個鉆孔組(9)，該鉆孔組(9)布置方法同電極傳感器探測到有水的點，以來壓涌水點(6)垂直于采空區(qū)(1)走向在探放水巷道(8)的投影點為起點，以方位角為-45°～45°，來布置鉆孔組(9)，其防噴器防噴射壓力參照傳感器點的標(biāo)高推算；④對鉆孔組(9)進(jìn)行試驗放水，若放水時同一積水區(qū)段(7)的遠(yuǎn)離探放點的巷道(10)內(nèi)的水聽器傳感器無法連續(xù)穩(wěn)定捕捉到放水產(chǎn)生的聲波信號，則將鉆孔組(9)向前延伸，直至捕捉到連續(xù)穩(wěn)定的放水產(chǎn)生的聲波信號；⑤對鉆孔組(9)進(jìn)行放水，放水過程中若出現(xiàn)水聽器穩(wěn)定的放水產(chǎn)生的聲波信號消失，且信號消失處的水壓力傳感器顯示的水位標(biāo)高大于探放水點的標(biāo)高，則調(diào)整探放水鉆孔組(9)鉆探深度或操作鉆機對現(xiàn)有探放點進(jìn)行清理淤堵，直至信號恢復(fù)；⑥鉆孔組(9)放水直至所在積水區(qū)段(7)內(nèi)所有水壓力傳感器顯示的水位標(biāo)高不大于標(biāo)高X，X＝Tmin+Y，式中Tmin為一個積水區(qū)段(7)內(nèi)鉆孔組(9)探放點的最低水位標(biāo)高，Y取0～2米；步驟六：探放水后安全開采受威脅的煤炭，鉆孔組(9)完成放水后，保留放水裝置直至采煤工作面(11)開采到距離鉆孔組(9)70～100米處時，進(jìn)行封孔；采煤工作面(11)旁邊的采空區(qū)(1)中的水沒有突涌入采煤工作面(11)，實現(xiàn)了采煤工作面(11)安全開采。本發(fā)明傳感器組(2)的布置原理：采空區(qū)(1)積水的主要特點有很強的隨機性，但從采礦學(xué)可以認(rèn)識到，采場開采后會依次形成“OX”破斷(每個周期來壓形成一個O型圈，圈內(nèi)形成X型破斷)，即在兩邊煤柱區(qū)之間有一定的相對安息的空間(這一空間主要跟平均周期來壓步距D和煤層頂板類型有關(guān)系，因此對采空區(qū)內(nèi)有效的傳感器組(2)布置有很多限制)，這里也是采空區(qū)(1)主要的積水空間，因此在這里埋深傳感器組(2)可以很好的了解煤炭開采后封閉的采空區(qū)(1)里面的情況。本發(fā)明傳感器組(2)的運行原理：傳感器組(2)由電極傳感器、水壓力傳感器和水聽器組成，其中電極傳感器在接觸液面后電阻等會有明顯變化，因此可以用來判斷采空區(qū)(1)的積水情況；水壓力傳感器可以監(jiān)測到水壓力，可以用來判斷點與點之間的水力聯(lián)系情況，也可以用來判斷是否達(dá)到疏放效果；水聽器是利用聲波在水中傳播的優(yōu)勢來對放水產(chǎn)生的平面流場進(jìn)行監(jiān)測，不在疏放范圍內(nèi)的水聽器沒有接收到相關(guān)信號，因此可以判斷鉆孔組(9)的探放效果。本發(fā)明的優(yōu)點：簡單易實施；探放水工程量低；探放水效果好、安全性更高。附圖說明圖1是本發(fā)明的流程圖。圖2是本發(fā)明探放水平面工程示意圖。圖中：1、采空區(qū)；2、傳感器組；3、兩巷；4、保留煤柱；5、數(shù)據(jù)采集器；6、涌水點；7、積水區(qū)段；8、探放水巷道；9、鉆孔組；10、遠(yuǎn)離探放點的巷道；11、采煤工作面。具體實施方式：下面結(jié)合附圖對本發(fā)明做詳細(xì)敘述。某煤礦要開采15203工作面，但需要先探放15202采空區(qū)中的積水，采用以下步驟完成了采空區(qū)中的積水探放工作，實現(xiàn)了15203工作面的安全回采。一種煤礦采空區(qū)水探放方法，包括以下步驟：如圖1、圖2所示，步驟一：15202采空區(qū)相關(guān)信息獲取。獲取信息包括頂板類型、采煤厚度M和采煤平均周期來壓步距D。其中，頂板類型通過鉆探對采煤頂板巖石取樣測試，其單軸抗壓強度σ＝12～68MPa，其中部分巖性為泥巖，σ≤20MPa則頂板為軟弱頂板，部分巖性為砂巖，20MPa＜σ≤40MPa則頂板為中硬頂板，少數(shù)為石英質(zhì)砂巖，40MPa＜σ≤60MPa則頂板為堅硬頂板；采煤厚度M＝3.0米；采煤平均周期來壓步距D＝13.3m。步驟二：15202采空區(qū)形成前布置了傳感器組。傳感器組包括1個電極傳感器、1個水壓力傳感器和1個水聽器。傳感器組的布置方法是：①將傳感器組等距布置在采空區(qū)形成前的兩巷(運輸巷和回風(fēng)巷)，間距為6～13m，且不在預(yù)計的周期來壓點布置傳感器組；②傳感器組沿采空區(qū)垂直方向的分別布置在距離兩巷保留煤柱以內(nèi)0.3米～1.5米區(qū)域內(nèi)(軟弱頂板)、0.6米～1.8米區(qū)域內(nèi)(中硬頂板)和0.9米～2.1米區(qū)域內(nèi)(堅硬頂板)；③傳感器組除平行于采煤走向方向以外各個方向設(shè)置傳感器組2的保護裝置以保證其在采空區(qū)(1)形成過程后正常運轉(zhuǎn)；④傳感器組的數(shù)據(jù)傳輸線埋設(shè)在采空區(qū)底板1m深區(qū)域，并引出采空區(qū)后連接數(shù)據(jù)采集器；⑤記錄各傳感器組所在點的標(biāo)高W＝1144米～1164米。步驟三：15202采空區(qū)形成過程中觀測涌水量。對該過程中每一次周期來壓的涌水量進(jìn)行觀測，相鄰兩次穩(wěn)定涌水量增加超過10m3/h或較前一次涌水量增加10％以上，則記錄該次來壓涌水點，共計3個。步驟四：15202采空區(qū)形成后劃分積水區(qū)段。積水區(qū)段劃分的方法為:通過步驟二中布置的水壓力傳感器得到的水壓數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，相鄰的兩個水壓力傳感器水壓力差比對應(yīng)的傳感器標(biāo)高差產(chǎn)生的水壓力差，兩者差異不在10％以內(nèi)則判定兩個傳感器不在同一積水區(qū)段，以兩者中點沿垂向采煤工作面走向方向劃分開，就得到了積水區(qū)段，共劃分出3個積水區(qū)段。其中一個積水區(qū)段劃分線得到過程為：相鄰的兩個水壓力傳感器水壓力差△P＝P1-P2＝0.04MPa，對應(yīng)的傳感器標(biāo)高差為3米，產(chǎn)生的水壓力差△Pb＝ρg(W1-W2)＝0.03MPa，差異大于33％，因此以兩傳感器中點為界劃分積水區(qū)段。步驟五：對每個積水區(qū)段進(jìn)行探放水。每個積水區(qū)段的探放水開展方法如下：①對積水區(qū)段內(nèi)所有靠近探放點的巷道內(nèi)的電極傳感器探測到有水的點實施鉆孔組，鉆孔組分布在以傳感器組為中心-45°～45°方位角范圍內(nèi)；②鉆孔組放水端配備防噴器，防噴器防噴射壓力應(yīng)大于該點水壓力傳感器的水壓力；③積水區(qū)段內(nèi)若有步驟三中記錄的來壓涌水點另外布置一個鉆孔組，該鉆孔組布置方法同前面的鉆孔組，其防噴器防噴射壓力參照傳感器點的標(biāo)高推算；④對鉆孔組進(jìn)行試驗放水，若放水時同一積水區(qū)段的遠(yuǎn)離探放點的巷道內(nèi)的水聽器傳感器無法連續(xù)穩(wěn)定捕捉到放水產(chǎn)生的聲波信號，則將鉆孔組向前延伸，直至捕捉到連續(xù)穩(wěn)定的放水產(chǎn)生的聲波信號；⑤對鉆孔組進(jìn)行放水，放水過程中若出現(xiàn)水聽器穩(wěn)定的放水產(chǎn)生的聲波信號消失，且信號消失處的水壓力傳感器顯示的水位標(biāo)高大于探放水點的標(biāo)高，則調(diào)整探放水鉆孔組鉆探深度或操作鉆機對現(xiàn)有探放點進(jìn)行清理淤堵，直至信號恢復(fù)；⑥鉆孔組放水直至所在積水區(qū)段內(nèi)所有水壓力傳感器顯示的水位標(biāo)高不大于標(biāo)高X(X＝Tmin+Y，式中Tmin為一個積水區(qū)段內(nèi)鉆孔組探放點的最低水位標(biāo)高，Y取0～2米)。以一號積水區(qū)段為例，鉆孔組放水點的最低水位標(biāo)高為1147米，鉆孔組放水結(jié)束時一號積水區(qū)4個水壓力傳感器顯示的水位標(biāo)高為1140米～1149米。步驟六：探放水后安全開采受威脅的煤炭。鉆孔組完成放水后，保留放水裝置直至15203采煤工作面開采到距離鉆孔組70～100米處時，進(jìn)行封孔。15203采煤工作面旁邊的采空區(qū)15202中的水沒有突涌入15203采煤工作面，實現(xiàn)了15203采煤工作面安全開采。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明方法實施探放水有以下幾個明顯的優(yōu)點：15203采煤工作面探放15202采空區(qū)之前，該煤礦采用傳統(tǒng)的采空區(qū)水探放方法。以15202采煤工作面探放15201采空區(qū)水作為對比，本發(fā)明優(yōu)點如下：(1)大大縮減了工程量，提高了探放的效率，節(jié)約了費用。為探放15201采空區(qū)水，在15202每隔60～100米施工了一個鉆孔組，共計施工24個鉆孔組，本實施例在類似條件下則將工程量縮小為12個鉆孔組，大大減少了施工的工程量，節(jié)約了費用。(2)單個鉆孔探放的效果更好，在探放15201采空區(qū)水時，單個鉆孔探放時由于采空區(qū)中的水渾濁，探放水在剛開始時流出水量比較穩(wěn)定，后續(xù)發(fā)生探放鉆孔淤堵，但探放水人員以為已經(jīng)探放完畢，因此停止單孔鉆孔放水，但后期采用二次電法進(jìn)行檢查時發(fā)現(xiàn)15201采空區(qū)探放的區(qū)域范圍內(nèi)仍然有水。(3)安全性得到了提高，探放15201采空區(qū)水時，雖然布置了更多的鉆孔組，但由于采空區(qū)富水不均，水力聯(lián)系不明，探放水盲點多，在開采15202工作面的煤炭時，15202工作面涌水有15201采空區(qū)水參與，涌出水量較大；而采用本發(fā)明方法探放的15202采空區(qū)水幾乎沒有參與到15203工作面的工作面涌水中，15203工作面涌出水量明顯減小，安全性得到了提高。