一種探測(cè)黃土中采煤導(dǎo)水裂隙高度的方法
【專利說(shuō)明】
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及礦井地質(zhì)領(lǐng)域與采礦工程有一定的交叉，尤其涉及黃土中開采導(dǎo)水裂隙高度的探測(cè)方法。
【【背景技術(shù)】】
[0002]我國(guó)煤層上覆普遍存在含水層，當(dāng)煤層開采后會(huì)產(chǎn)生一定的裂隙，即導(dǎo)水裂隙，當(dāng)導(dǎo)水裂隙達(dá)到上覆含水層時(shí)，有可能發(fā)生礦井水害，因此在煤炭生產(chǎn)中需要開展導(dǎo)水裂隙高度探查工作。
[0003]我國(guó)西北地區(qū)煤炭產(chǎn)量巨大，需要開展導(dǎo)水裂隙高度探測(cè)工作，但這里普遍存在較厚的黃土層，黃土層上又普遍存在一個(gè)松散含水層。因此，這里更準(zhǔn)確的說(shuō)需要一種黃土中采煤導(dǎo)水裂隙高度的探測(cè)方法。
[0004]目前，對(duì)導(dǎo)水裂隙高度的探測(cè)方法有多種，主要可分為3種。第一種是沖洗液消耗法探測(cè)導(dǎo)水裂隙高度，這種方法主要是通過(guò)鉆孔中循環(huán)的沖洗液的消耗量的顯著變化來(lái)判斷導(dǎo)水裂隙高度。第二種是鉆孔電視，這種方法主要是通過(guò)在鉆孔中放入攝像頭，通過(guò)觀察孔壁中裂隙的密度、形態(tài)等因素來(lái)判斷導(dǎo)水裂隙高度。第三種是鉆孔物探方法，這種方法又可分為電法和地震法兩種，其中電法主要通過(guò)測(cè)定地層通電后電阻率的變化來(lái)判斷導(dǎo)水裂隙高度，而地震法則通過(guò)采動(dòng)或人為激發(fā)的地震波來(lái)判斷導(dǎo)水裂隙高度。以上方法在黃土層探測(cè)時(shí)存在以上主要問(wèn)題:
[0005]I)鉆孔沖洗液在巖石中往往能夠看出漏失量的顯著變化，但在黃土中沖洗液與黃土混合后產(chǎn)生隔水效果，沖洗液漏失量變化不顯著，進(jìn)而無(wú)法判斷導(dǎo)水裂隙高度。
[0006]2)鉆孔電視在基巖中可以觀測(cè)到裂隙，但由于黃土在鉆孔形成的過(guò)程中其導(dǎo)水裂隙被土充填，難以直接觀測(cè)到裂隙的存在，進(jìn)而無(wú)法判斷導(dǎo)水裂隙高度。
[0007]3)現(xiàn)有電法手段在有一定傾角的鉆孔中實(shí)施，且黃土中泥餅的存在影響了電阻率的觀測(cè)，另外現(xiàn)有電法手段需要在煤炭開采前進(jìn)行布置鉆孔，開采后的鉆孔在無(wú)背景值(原始狀態(tài)下的電阻率)的條件下，不能分析出電阻率的變化，進(jìn)而判斷出導(dǎo)水裂隙高度，且在煤炭開采過(guò)程中常常造成傳感器或線路破壞無(wú)法監(jiān)測(cè)。
[0008]4)現(xiàn)有微震和地震方法均是通過(guò)波的傳播規(guī)律判斷，兩者不甚相同，但均存在著一定問(wèn)題。微震是通過(guò)微震傳感器接受到巖土破裂激發(fā)的地震波，來(lái)反推破裂發(fā)生的點(diǎn)，即導(dǎo)水裂隙點(diǎn)。但黃土破裂能夠激發(fā)的能力十分有限，當(dāng)破裂產(chǎn)生的能量較小時(shí)會(huì)造成破裂點(diǎn)的判斷誤差大。另外，該方法也是在煤炭開采前進(jìn)行布置鉆孔并埋放傳感器，開采后的鉆孔在無(wú)背景值(原始狀態(tài)下的地震波在該介質(zhì)中的傳播速度)的條件下，無(wú)法準(zhǔn)確分析出破裂點(diǎn)的位置，且在煤炭開采過(guò)程中常常造成傳感器或線路破壞無(wú)法監(jiān)測(cè)。
[0009]5)地震探測(cè)導(dǎo)水裂隙高度是通過(guò)對(duì)比采動(dòng)前、后地震波在不同標(biāo)高傳播的速率來(lái)判斷巖土介質(zhì)的破裂情況，即導(dǎo)水裂隙高度。由于黃土天然狀態(tài)下就有許多孔隙、裂隙的存在，在煤炭開采后雖然有部分區(qū)域會(huì)進(jìn)一步破碎，但地震波在黃土介質(zhì)中在破裂前后的傳播速度變化不顯著，這會(huì)使得導(dǎo)水裂隙判斷不準(zhǔn)確。另外，該種方法也是需要在開采前就進(jìn)行鉆孔，開采后的鉆孔在無(wú)背景值(原始狀態(tài)下的地震波在該介質(zhì)中的傳播速度)，無(wú)法對(duì)比地震波傳播速度的變化，且在煤炭開采過(guò)程中常常造成傳感器或線路破壞無(wú)法探測(cè)。
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【發(fā)明內(nèi)容】
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[0010]本發(fā)明為了解決上述問(wèn)題，本發(fā)明提供一種探測(cè)黃土中采煤導(dǎo)水裂隙高度的方法，避免煤炭開采對(duì)傳感器的影響且避免了黃土中泥餅對(duì)導(dǎo)水裂隙高度判定的影響，操作簡(jiǎn)單。
[0011]一種探測(cè)黃土中采煤導(dǎo)水裂隙高度的方法，包括以下步驟:
[0012](I)在煤炭開采后的采空區(qū)上方實(shí)施導(dǎo)水裂隙高度探測(cè)鉆孔，然后以黃土層的底界面為目標(biāo)層進(jìn)行第一階段探測(cè)鉆孔以提供黃土樣，接著，在第一階段的鉆孔中進(jìn)行測(cè)井，根據(jù)測(cè)井曲線確定導(dǎo)水裂隙區(qū)，該導(dǎo)水裂隙區(qū)距離煤層底板的最大高度為Dl ;
[0013](2)在步驟(I)的基礎(chǔ)上，以已經(jīng)開采完成的煤層底板以下為目標(biāo)層進(jìn)行第二階段鉆探施工，鉆探過(guò)程中，記錄泥漿開始顯著漏失的點(diǎn)，該點(diǎn)距離煤層底板的距離為D2 ;
[0014](3)將步驟⑴獲得的黃土樣剖開，采集剖面圖片；利用鉆孔電視獲取鉆孔內(nèi)每個(gè)深度的孔內(nèi)影像，利用黃土樣的剖面圖片和鉆孔內(nèi)的影像確定裂隙發(fā)育圖片，其中的裂隙距離煤層底板的距離即為D3;
[0015](4)同一個(gè)鉆孔中的導(dǎo)水裂隙高度D的判定為D = max(Dl，D2，D3);同一個(gè)采煤工作面的導(dǎo)水裂隙高度Dm為所有鉆孔的導(dǎo)水裂隙高度D中的最大值。
[0016]在煤炭開采后的采空區(qū)上方實(shí)施導(dǎo)水裂隙高度探測(cè)鉆孔的基本要求為:鉆孔所在采空區(qū)范圍沿走向和傾向的長(zhǎng)度大于50m，鉆孔距回采工作面的回采線大于30m，距終采線大于15m，并在回風(fēng)巷和運(yùn)輸巷以內(nèi)。
[0017]在煤炭開采后的采空區(qū)上方實(shí)施導(dǎo)水裂隙高度探測(cè)鉆孔除基本要求外，還需要滿足:鉆孔距離最近的地表裂隙Im以上，一個(gè)回采工作面的鉆孔數(shù)量在2個(gè)以上。
[0018]以黃土層的底界面為目標(biāo)層進(jìn)行探測(cè)鉆孔時(shí)，鉆探的傾角小于等于3°且為垂直向下的鉆孔。
[0019]以黃土層的底界面為目標(biāo)層進(jìn)行探測(cè)鉆孔的具體方法為:首先以無(wú)水取芯進(jìn)行鉆進(jìn)，黃土的取芯率大于等于60%，獲取的黃土樣按照距離煤層底板的距離記錄編號(hào)；然后對(duì)形成的鉆孔進(jìn)行擴(kuò)孔。
[0020]以黃土層的底界面為目標(biāo)層進(jìn)行探測(cè)鉆孔時(shí)，鉆進(jìn)采用的泥漿為聚丙烯酰胺和腐殖酸配制的漿液，其電阻率應(yīng)小于等于8 Ω.m。
[0021]在所述第一階段的鉆孔中進(jìn)行測(cè)井時(shí)，測(cè)井方法包括微電極測(cè)井、陣列聲波測(cè)井、自然伽馬測(cè)井及井徑測(cè)井，且該方法同時(shí)進(jìn)行，測(cè)井過(guò)程保持滿泥漿狀態(tài)。
[0022]確定導(dǎo)水裂隙區(qū)的方法為:通過(guò)微電極測(cè)井和陣列聲波測(cè)井曲線確定的所有異常區(qū)，然后利用井徑測(cè)井和自然伽馬測(cè)井結(jié)果排除掉井徑和地層巖性異變的區(qū)域，剩余的異常區(qū)即為導(dǎo)水裂隙區(qū)，其中，微電極測(cè)井結(jié)果中的微電極曲線和微梯度曲線的分離段即為異常區(qū)。
[0023]所述第二階段鉆探施工的方法為:鉆探傾角保持不變，鉆孔過(guò)程繼續(xù)使用原有泥漿，在第一階段的基礎(chǔ)上繼續(xù)擴(kuò)孔。
[0024]利用黃土樣的剖面圖片和鉆孔內(nèi)的影像確定裂隙發(fā)育圖片的方法為:對(duì)距離煤層底板不同距離的圖片和影像提取器灰度圖，然后依次處理出增強(qiáng)低灰度圖、中值濾波后圖、二進(jìn)制圖及平滑處理后的圖，得到最終圖片，在最終圖片中，異常區(qū)域即為裂隙，從不同深度的圖片中找出距離煤層底板最遠(yuǎn)的裂隙發(fā)育圖片。
[0025]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果在于:首先，本發(fā)明在煤炭開采后的采空區(qū)上方實(shí)施導(dǎo)水裂隙高度探測(cè)鉆孔，不需要背景值，因此避免了開采對(duì)傳感器的影響；其次，本發(fā)明先以黃土層的底界面為目標(biāo)層進(jìn)行第一階段探測(cè)鉆孔以提供黃土樣，其次，以已經(jīng)開采完成的煤層底板以下為目標(biāo)層進(jìn)行第二階段鉆探施工，接著，利用黃土樣的剖面圖片和鉆孔內(nèi)的影像確定裂隙發(fā)育圖片。同一個(gè)鉆孔中的導(dǎo)水裂隙高度D為:D = max(Dl，D2，D3);同一個(gè)采煤工作面的導(dǎo)水裂隙高度Dm為所有鉆孔的導(dǎo)水裂隙高度D中的最大值。由于可知，本發(fā)明方法不需要背景值，可以避免煤炭開采對(duì)傳感器的影響；本發(fā)明導(dǎo)水裂隙高度的判定綜合了各方面因素，避免了黃土中泥餅對(duì)導(dǎo)水裂隙高度判定的影響。
【【附圖說(shuō)明】】
[0026]圖1是本發(fā)明的流程圖；
[0027]圖2是本發(fā)明的微電極測(cè)井成果圖；
[0028]圖中:1、微電極曲