近距離煤層開采上位煤層底板破壞深度氡氣探測方法
【專利摘要】近距離煤層開采上位煤層底板破壞深度氡氣探測方法，根據(jù)上位煤層與下位煤層間距，結(jié)合上位煤層工作面傾斜長度，確定出所需的矩形探測區(qū)域；在上位煤層開采過程中，提前在已確定的矩形探測區(qū)域內(nèi)沿對角線布置測線，然后分別在每條測線上布置測點；在每個測點處垂直向上位煤層底板巖層中打鉆孔，然后將測氡儀的抽氣桿密封于鉆孔內(nèi)，并通過橡膠軟管將抽氣桿連接至測氡儀；打開測氡儀開始測量，每個測點測量3小時，并將測量結(jié)果傳輸至筆記本電腦中繪制氡氣濃度變化曲線，結(jié)合具體地質(zhì)條件，分析上位煤層底板巖體采動裂隙演化特征，即可反演得出上位煤層底板破壞深度。該方法可操作性強，數(shù)據(jù)獲取容易，效率高，具有廣泛的實用性和推廣性。
【專利說明】近距離煤層開采上位煤層底板破壞深度氡氣探測方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種煤層底板破壞深度探測方法，屬于煤礦地下開采【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是一種適用于煤層間距h為5.0?10.0 m之間的近距離煤層開采上位煤層底板破壞深度氡氣探測方法。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，近距離煤層開采在我國逐漸引起采礦界的高度重視，其原因主要有兩個方面:第一，我國近距離煤層的賦存和開采所占比重很大，大多數(shù)礦區(qū)都存在近距離煤層(群)開采的問題，如寶雞、大同、大屯、古交、邯鄲、淮北、淮南、霍州、井隆、開灤、平頂山、雙鴨山、水城、西山、新汶等礦區(qū)；第二，經(jīng)過多年的大規(guī)模高強度開采，已使大部分礦區(qū)賦存條件較好的煤層儲量越來越少，導(dǎo)致許多礦區(qū)下屬礦井面臨資源枯竭及生產(chǎn)接替緊張局面，因此許多礦井被迫不得不重新考慮井田內(nèi)的近距離煤層開采問題。
[0003]對于多煤層開采，當(dāng)上下煤層間距較大時，上位煤層開采后對下位煤層開采影響較小，實際生產(chǎn)中采場礦山壓力顯現(xiàn)規(guī)律與常規(guī)單一煤層開采基本相同。但隨著煤層間距減小到一定程度時，上下煤層間開采的相互影響非常顯著。特別是當(dāng)近距離煤層開采時，上位煤層開采后會對下位煤層頂板(即上位煤層底板)造成不同程度的損傷破壞，以及上位煤層開采后遺留的區(qū)段煤柱易形成應(yīng)力集中，且該應(yīng)力將會向底板巖層深部傳遞，導(dǎo)致下位煤層頂板結(jié)構(gòu)及應(yīng)力環(huán)境發(fā)生較大變化，表現(xiàn)在礦山壓力顯現(xiàn)十分明顯，給下位煤層回采巷道布置及支護帶來巨大困難。目前，關(guān)于近距離煤層開采經(jīng)驗主要有兩種:一種是上位煤層開采后，待頂板垮落穩(wěn)定后再布置下位煤層回采巷道，并未充分考慮上位煤層開采后底板破壞深度及遺留煤柱應(yīng)力集中所造成的影響，導(dǎo)致下位煤層回采巷道布置不合理，礦山壓力顯現(xiàn)劇烈，巷道維護十分困難；另一種是上下煤層同時協(xié)調(diào)開采，以盡量避開上位煤層開采底板損傷破壞對下位煤層開采的時效影響，但現(xiàn)場實際組織實施工作難度較大。因此，如何準(zhǔn)確有效地定量掌握近距離煤層開采上位煤層底板損傷破壞深度，為下位煤層回采巷道布置位置選擇及支護參數(shù)確定提供依據(jù)，成為近距離煤層開采亟待解決的實際工程問題。
[0004]當(dāng)前，針對近距離煤層開采上位煤層底板破壞深度的研究手段主要有理論計算、數(shù)值模擬及現(xiàn)場實測。在理論計算方面，由于計算過程中會將相關(guān)具體地質(zhì)條件進行簡化，從而導(dǎo)致最終計算結(jié)果與現(xiàn)場實際情況相差加大；在數(shù)值模擬方面，由于數(shù)值模型建模參數(shù)選取較為困難，從而存在無法真實反映現(xiàn)場實際的現(xiàn)象；在現(xiàn)場實測方面，已有的探測方法存在易受開采條件限制等缺點，導(dǎo)致無法評判探測結(jié)果是否準(zhǔn)確有效，嚴(yán)重影響了近距離煤層安全高效開采。
[0005]氡(Rn)是一種化學(xué)元素，其常見的三種放射性同位素為219Rn、22°Rn及222Rn,通常所說的氡是指222Rn,具有3.82天的半衰期。氡通常的單質(zhì)形態(tài)為氡氣，是人類所接觸到的唯一具有放射性的最重的惰性氣體，其廣泛存在于自然界中的煤、巖石、土壤和水體之中。在自然條件下，氡具有較強的遷移能力。由于氡具有放射性，即使?jié)舛群苄?，也可被測出；同時它又具有惰性氣體的地球物理化學(xué)性質(zhì)，即在微裂隙或微孔隙中可傳輸和積聚；這就為利用氡氣探測近距離煤層開采上位煤層底板巖體采動裂隙損傷破壞深度提供了依據(jù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]技術(shù)問題:本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足之處而提供一種可靠有效的近距離煤層開采上位煤層底板破壞深度氡氣探測方法。
[0007]技術(shù)方案:本發(fā)明的近距離煤層開采上位煤層底板破壞深度氡氣探測方法:
a.根據(jù)上位煤層與下位煤層間距h，結(jié)合上位煤層工作面傾斜長度，確定出所需的近距離煤層開采上位煤層底板破壞深度矩形探測區(qū)域；
b.在上位煤層開采過程中，提前在已確定的矩形探測區(qū)域內(nèi)沿對角線布置兩條測線，然后分別在每條測線上間隔一段距離布置一個測點；
c.在每個測點處垂直向上位煤層底板巖層中打一定深度的直徑為5cm的鉆孔,然后將連續(xù)測氡儀的抽氣桿密封于鉆孔內(nèi)，并通過直徑為5 mm的橡膠軟管將每個測點處的抽氣桿連接至一臺連續(xù)測氡儀；
d.打開連續(xù)測氡儀開始測量，每個測點測量3小時，并將測量結(jié)果通過USB數(shù)據(jù)線傳輸至筆記本電腦中繪制氡氣濃度變化曲線，所有測點測量完成后，根據(jù)矩形探測區(qū)域內(nèi)所有測點的氡氣濃度變化曲線，結(jié)合具體地質(zhì)條件，分析上位煤層底板巖體采動裂隙演化特征，即可反演得出上位煤層底板破壞深度。
[0008]所述的每條測線上的測點間隔距離為50?60 m ;所述的垂直向上位煤層底板巖層中打鉆孔的深度為50 cm ;所述的連續(xù)測氡儀為KJD-2000R連續(xù)測氡儀。
[0009]有益效果:本發(fā)明在探測近距離煤層開采上位煤層底板破壞深度時，只需提前在已確定的矩形探測區(qū)域內(nèi)布置好測點，然后垂直向上位煤層底板巖層中打鉆孔安裝好抽氣桿，并利用橡膠軟管將抽氣桿連接至連續(xù)測氡儀，即可進行現(xiàn)場探測工作。該方法整個過程安裝工程量小，數(shù)據(jù)獲取容易，不受井下具體開采條件限制，可操作性強，成本低，效率高，具有廣泛的實用性和推廣性。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0010]附圖是本發(fā)明的現(xiàn)場氡氣探測工作示意圖。
[0011]圖中:1_上位煤層；2_下位煤層；3_上位煤層工作面；4_矩形探測區(qū)域；5-測線；6-測點；7_抽氣桿；8_橡膠軟管；9_連續(xù)測氡儀；10-USB數(shù)據(jù)線；11_筆記本電腦。
【具體實施方式】
[0012]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的一個實施例作進一步的描述:
本發(fā)明的近距離煤層開采上位煤層底板破壞深度氡氣探測方法，在進行現(xiàn)場氡氣探測工作前，根據(jù)上位煤層I與下位煤層2間距h，結(jié)合上位煤層工作面3傾斜長度，確定出所需的近距離煤層開采上位煤層I底板破壞深度矩形探測區(qū)域4。在上位煤層I開采過程中，提前在已確定的矩形探測區(qū)域4內(nèi)沿對角線布置兩條測線5，然后分別在每條測線5上間隔一段距離布置一個測點6，每條測線5上的測點6間隔距離為50?60 m。在每個測點6處垂直向上位煤層I底板巖層中打一定深度的直徑為5 cm的鉆孔,垂直向上位煤層I底板巖層中打鉆孔的深度為50 cm，然后將連續(xù)測氡儀9的抽氣桿7密封于鉆孔內(nèi)，并通過直徑為5 mm的橡膠軟管8將每個測點6處的抽氣桿7連接至一臺連續(xù)測氡儀9，連續(xù)測氡儀9為KJD-2000R連續(xù)測氡儀。打開連續(xù)測氡儀9開始測量，每個測點6測量3小時，并將測量結(jié)果通過USB數(shù)據(jù)線10傳輸至筆記本電腦11中繪制氡氣濃度變化曲線，所有測點6測量完成后，根據(jù)矩形探測區(qū)域4內(nèi)所有測點6的氡氣濃度變化曲線，結(jié)合具體地質(zhì)條件，分析上位煤層I底板巖體采動裂隙演化特征，即可反演得出上位煤層I底板破壞深度。
【權(quán)利要求】
1.近距離煤層開采上位煤層底板破壞深度氡氣探測方法，其特征在于: a.根據(jù)上位煤層(I)與下位煤層(2)間距h，結(jié)合上位煤層工作面(3)傾斜長度，確定出所需的近距離煤層開采上位煤層(I)底板破壞深度矩形探測區(qū)域(4)； b.在上位煤層(I)開采過程中，提前在已確定的矩形探測區(qū)域(4)內(nèi)沿對角線布置兩條測線(5)，然后分別在每條測線(5)上間隔一段距離布置一個測點(6)； c.在每個測點(6)處垂直向上位煤層(I)底板巖層中打一定深度的直徑為5cm的鉆孔，然后將連續(xù)測氡儀(9)的抽氣桿(7)密封于鉆孔內(nèi)，并通過直徑為5 _的橡膠軟管(8)將每個測點(6)處的抽氣桿(7)連接至一臺連續(xù)測氡儀(9)； d.打開連續(xù)測氡儀(9)開始測量，每個測點(6)測量3小時，并將測量結(jié)果通過USB數(shù)據(jù)線(10)傳輸至筆記本電腦(11)中繪制氡氣濃度變化曲線，所有測點(6)測量完成后，根據(jù)矩形探測區(qū)域(4)內(nèi)所有測點(6)的氡氣濃度變化曲線，結(jié)合具體地質(zhì)條件，分析上位煤層(I)底板巖體采動裂隙演化特征，即可反演得出上位煤層(I)底板破壞深度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的近距離煤層開采上位煤層底板破壞深度氡氣探測方法，其特征在于:所述的每條測線(5)上的測點(6)間隔距離為50?60 m。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的近距離煤層開采上位煤層底板破壞深度氡氣探測方法，其特征在于:所述的垂直向上位煤層(I)底板巖層中打鉆孔的深度為50 cm。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的近距離煤層開采上位煤層底板破壞深度氡氣探測方法，其特征在于:所述的連續(xù)測氡儀(9)為KJD-2000R連續(xù)測氡儀。
【文檔編號】G01B21/18GK103591922SQ201310613577
【公開日】2014年2月19日 申請日期:2013年11月28日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月28日
【發(fā)明者】張煒, 張東升, 王旭鋒, 許猛堂, 王宏志 申請人:中國礦業(yè)大學(xué)