奧灰頂部充填帶結(jié)構(gòu)判別指標(biāo)及確定方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明設(shè)及一種含水地質(zhì)結(jié)構(gòu)判別指標(biāo)及確定方法，特別是一種奧灰頂部充填帶 結(jié)構(gòu)判別指標(biāo)及確定方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 奧陶系灰?guī)r一直作為華北型煤田區(qū)域上強(qiáng)含水層，是下組煤開采水害威脅的主要 對(duì)象。且隨著采深增加，水壓增高，危險(xiǎn)性越來(lái)越大。據(jù)估算，我國(guó)華北型煤田受深部高承 壓奧灰水威脅（突水系數(shù)大于0. IMPa/m)的煤炭地質(zhì)儲(chǔ)量約150億噸。因此，如何實(shí)現(xiàn)下 組煤安全帶壓開采，降低開采成本是近年來(lái)華北型煤田探索的目標(biāo)。
[0003] 新世紀(jì)年W前，學(xué)者多把焦點(diǎn)放在下組煤開采奧灰突水危險(xiǎn)性評(píng)價(jià)或突水的機(jī)理 研究上，忽略了奧陶系灰?guī)r頂部為古風(fēng)化殼、其地質(zhì)組成結(jié)構(gòu)和充填特征在許多礦井（區(qū)） 可作為隔水層、弱隔（透）水層（適宜注漿改造為隔水層）的意義。新世紀(jì)W來(lái)，隨著華北 型煤田一些礦井開采深度已接近奧灰突水系數(shù)臨界值，該樣導(dǎo)致很大一部分埋深較大的下 組煤不能被釋放出來(lái)。如何實(shí)現(xiàn)下組煤的安全開采成為該階段所面臨的問題?；诖罅康?現(xiàn)場(chǎng)抽（放）水試驗(yàn)，表明有些鉆孔初進(jìn)奧灰時(shí)水量很小或無(wú)水，表明奧灰頂部為低滲介 質(zhì)，可W作為隔水層直接加W利用。而現(xiàn)場(chǎng)抽、放水試驗(yàn)也表明，一部分鉆孔在進(jìn)入奧灰頂 部時(shí)出水量中等或出水量與下伏奧灰強(qiáng)含水層無(wú)區(qū)別，該表明充填帶的滲透性差異較大， 不能籠統(tǒng)的當(dāng)做隔水層加W利用。從巖體結(jié)構(gòu)控制滲流角度出發(fā)，認(rèn)為該帶結(jié)構(gòu)是控制充 填帶表現(xiàn)不同滲透性的關(guān)鍵因素。
[0004] 奧灰頂部充填帶的類型劃分及其隔水性利用，已被逐漸認(rèn)識(shí)和少數(shù)開采實(shí)踐礦井 證實(shí)。但如何確定充填帶的類型，目前主要是利用鉆探取巧觀察描述、裂隙統(tǒng)計(jì)等方法大 致、定性劃分充填帶類型，人為主觀因素較大，缺乏定量指標(biāo)確定方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的是要提供一種奧灰頂部充填帶結(jié)構(gòu)判別指標(biāo)及確定方法，解決利用 鉆探取巧觀察描述、裂隙統(tǒng)計(jì)方法大致、定性劃分充填帶類型，人為主觀因素較大，缺乏定 量指標(biāo)確定方法的問題。
[0006] 本發(fā)明的目的是該樣實(shí)現(xiàn)的：本發(fā)明包括結(jié)構(gòu)判別指標(biāo)及結(jié)構(gòu)確定方法；
[0007] 一、所述的結(jié)構(gòu)判別指標(biāo)；首先確定連續(xù)充填、斷續(xù)充填和無(wú)充填=種充填帶結(jié) 構(gòu)，依據(jù)=種充填帶結(jié)構(gòu)確定判別指標(biāo)為：鉆孔單位涌水量q、井下放水量Q和奧灰層段滲 透系數(shù)K ;然后再根據(jù)=種結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)不同的隔水性能分別確定各指標(biāo)的闊值；
[000引各指標(biāo)的是用如下方法獲取的，具體說明如下：
[0009] 1、首先對(duì)充填帶野外露頭進(jìn)行大量取樣，調(diào)查充填帶裂隙的被泥質(zhì)充填情況，提 出充填帶依據(jù)裂隙被充填的程度，可識(shí)別為；連續(xù)充填、斷續(xù)充填和無(wú)充填=種充填帶結(jié) 構(gòu)；S種充填帶結(jié)構(gòu)所對(duì)應(yīng)的充填帶類型分別為隔水型、弱透水型和富水型；
[0010] 2、當(dāng)充填帶埋深深度大于300m時(shí)，依據(jù)抽、放水試驗(yàn)而確定充填帶結(jié)構(gòu)的S種指 標(biāo)，即；鉆孔單位涌水量q、井下放水量Q和奧灰層段滲透系數(shù)K ;
[0011] 2-1、鉆孔單位涌水量q指標(biāo)的獲取；地面鉆孔根據(jù)巖巧采取率、沖洗液消耗量及 泥質(zhì)發(fā)育程度，綜合確定充填帶的發(fā)育終止深度；確定巖性采取率小于50%，泥質(zhì)發(fā)育的 終止深度，為充填帶的發(fā)育終止深度；從而確定抽水試驗(yàn)的層段為自進(jìn)入奧灰至該深度的 層段，依據(jù)公式（1)計(jì)算得該層段的q值；
[0012]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種奧灰頂部充填帶結(jié)構(gòu)判別指標(biāo)及確定方法，其特征是：本發(fā)明包括結(jié)構(gòu)判別指 標(biāo)及結(jié)構(gòu)確定方法； (一）、所述的結(jié)構(gòu)判別指標(biāo)：首先確定連續(xù)充填、斷續(xù)充填和無(wú)充填三種充填帶結(jié)構(gòu)， 依據(jù)三種充填帶結(jié)構(gòu)確定判別指標(biāo)為：鉆孔單位涌水量q、井下放水量Q和奧灰層段滲透系 數(shù)K;然后再根據(jù)三種結(jié)構(gòu)對(duì)應(yīng)不同的隔水性能分別確定各指標(biāo)的閾值； 各指標(biāo)的是用如下方法獲取的，具體說明如下： (1) 、首先對(duì)充填帶野外露頭進(jìn)行大量取樣，調(diào)查充填帶裂隙的被泥質(zhì)充填情況，提出 充填帶依據(jù)裂隙被充填的程度，可識(shí)別為：連續(xù)充填、斷續(xù)充填和無(wú)充填三種充填帶結(jié)構(gòu)； 三種充填帶結(jié)構(gòu)所對(duì)應(yīng)的充填帶類型分別為隔水型、弱透水型和富水型； (2) 、當(dāng)充填帶埋深深度大于300m時(shí)，依據(jù)抽、放水試驗(yàn)而確定充填帶結(jié)構(gòu)的三種指 標(biāo)，即：鉆孔單位涌水量q、井下放水量Q和奧灰層段滲透系數(shù)K; (2-1)、鉆孔單位涌水量q指標(biāo)的獲?。旱孛驺@孔根據(jù)巖芯采取率、沖洗液消耗量及泥 質(zhì)發(fā)育程度，綜合確定充填帶的發(fā)育終止深度；確定巖性采取率小于50%，泥質(zhì)發(fā)育的終 止深度，為充填帶的發(fā)育終止深度；從而確定抽水試驗(yàn)的層段為自進(jìn)入奧灰至該深度的層 段，依據(jù)公式（1)計(jì)算得該層段的q值；
式中，Q為井流量，m3/s;M為抽水層段厚度，m;sw為井中水位降深，m;R為影響半徑，m;rw為抽水井的半徑，m; (2-2)、井下放水量Q指標(biāo)的獲?。簩?duì)井下鉆孔進(jìn)行放水試驗(yàn)，每2m記錄該層段的放水 量；對(duì)沒有如此大密度記錄的以往井下放水試驗(yàn)，對(duì)其所記錄的放水量Q，進(jìn)行擬合分析， 以某一放水鉆孔的擬合公式進(jìn)行說明，公式（2)并得到自進(jìn)入進(jìn)奧灰各深度的放水量值； Q= 63. 561n(x)-483. 8 (2) 式中，x為進(jìn)入奧灰的深度，m;Q進(jìn)入到奧灰各深度的涌水量，m3/s; (2-3)、滲透系數(shù)K的獲?。簩?duì)井下鉆孔進(jìn)行放水試驗(yàn)，分別記錄各層段的穩(wěn)定水壓Pp及放水過程中閥門關(guān)死時(shí)的瞬時(shí)水壓匕，即代表該層段放水試驗(yàn)過程中的水壓值，計(jì)算出 放水過程中的實(shí)際降深值S，依據(jù)公式（3) (4)，計(jì)算得出該層段的滲透系數(shù)K;
式中，K為滲透系數(shù)，cm/s;其他參數(shù)與公式（1)意義相同； (3) 、鉆孔單位涌水量q指標(biāo)、井下放水量Q指標(biāo)與滲透系數(shù)K指標(biāo)的閾值的確定方法， 具體步驟如下： (3-1)、確定鉆孔單位涌水量q的閾值：因連續(xù)充填結(jié)構(gòu)為隔水的，在抽水試驗(yàn)中q〈0. 001L/s.m時(shí)，抽水層段表現(xiàn)隔水，確定q〈0.OOlL/s.m的層段為隔水型充填帶；因斷 續(xù)充填結(jié)構(gòu)為弱透水的，在抽水試驗(yàn)中〇. 〇〇l〈q〈〇. 01L/s.m時(shí)，抽水層段表現(xiàn)弱透水，確 定0. 001〈q〈0. 01L/s.m的層段為弱透水型充填帶；因無(wú)充填結(jié)構(gòu)為富水的，在抽水試驗(yàn)中 q>0. 01L/s.m時(shí)，抽水層段表現(xiàn)富水，確定q>0. 01L/s.m的層段為富水型充填帶； (3-2)、確定井下放水量Q的閾值：充填帶的結(jié)構(gòu)富水性與3-1步驟相同，依據(jù)步驟1確 定的q閾值與埋深深度大于300m平均降深的乘積，得到Q的閾值；以埋深深度大于300m下 組煤的賦存位置，確定其奧灰水壓值為4個(gè)水平，分別為3MPa、4MPa、5MPa、6MPa，并假定抽、 放水試驗(yàn)水位降深為最大降深，即分別為300m、400m、500m、600m;確定鉆孔涌水量的閾值； (3-3)、確定滲透系數(shù)K的閾值：充填帶的結(jié)構(gòu)富水性與3-1步驟相同，在抽水試驗(yàn)中滲 透系數(shù)K〈l(T5Cm/S時(shí)，試驗(yàn)層段表現(xiàn)為隔水，確定K〈l(T5Cm/S為隔水型充填帶；在抽水試驗(yàn) 中滲透系數(shù)l(T5〈K〈l(T4cm/s時(shí)，試驗(yàn)層段表現(xiàn)為弱透水，確定KT5〈K〈l(T4cm/s為弱透水型 充填帶；在抽水試驗(yàn)中，滲透系數(shù)K>l(T4cm/s時(shí)，試驗(yàn)層段表現(xiàn)為富水，確定K>l(T4cm/s為 富水型充填帶； (二）、所述的結(jié)構(gòu)確定方法，具體步驟如下： (1) 、依據(jù)上述評(píng)價(jià)指標(biāo)及其閾值、綜合確定充填帶的類型及各類型的厚度，對(duì)于隔水 型充填帶直接可作為隔水層加以利用；對(duì)于弱透水型充填帶，可經(jīng)注漿改造后加以利用； 富水型充填帶與下伏奧灰滲透性無(wú)異，不可作為隔水層利用； (2) 、繪制隔水型充填帶的厚度等值線圖、未考慮隔水型充填帶的突水系數(shù)等值線圖、 考慮隔水型充填帶的突水系數(shù)等值線圖；并把上述兩張等值線圖進(jìn)行對(duì)比、分析，確定下組 煤的安全開采區(qū)域。
【專利摘要】一種奧灰頂部充填帶結(jié)構(gòu)判別指標(biāo)及確定方法，屬于含水地質(zhì)結(jié)構(gòu)判別指標(biāo)及確定方法。將埋深深度大于300m型煤田基底奧灰頂部充填帶劃分為3種類型：隔水充填帶、弱隔水充填帶、富水帶；隔水充填帶可直接作為隔水層利用，弱隔水充填帶可以通過注漿改造為隔水層后加以利用，二者的判別及發(fā)育深度即厚度的確定，對(duì)埋深深度大于300m型煤田深部礦井下組煤開采奧灰水害防治意義重大；依據(jù)鉆孔單位涌水量q值、井下鉆孔放水試驗(yàn)Q值、滲透試驗(yàn)K值，劃分奧灰頂部隔水充填帶類型，給出了類型判別指標(biāo)閾值及其確定。優(yōu)點(diǎn)：本發(fā)明的結(jié)構(gòu)判別指標(biāo)均是從常規(guī)水文試驗(yàn)中獲取，獲取方法相對(duì)簡(jiǎn)單，易于現(xiàn)場(chǎng)人員操作，便于現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用實(shí)踐，應(yīng)用前景廣闊。
【IPC分類】G01N33-24
【公開號(hào)】CN104569352
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510037370
【發(fā)明人】李文平, 官云章, 柴輝嬋, 劉瑞新, 喬偉, 胡東祥, 王宗勝, 劉強(qiáng)強(qiáng)
【申請(qǐng)人】中國(guó)礦業(yè)大學(xué)
【公開日】2015年4月29日
【申請(qǐng)日】2015年1月23日