岩移观测毕业论文

现场工程实测也是确定冒落带、裂隙带发育高度的重要途径。目前,实测方法主要有钻孔注水观测、物探、光学探测等。

(1)钻孔观测

由地面打钻孔,通过观察冲洗液消耗量来确定覆岩冒落、导水裂隙带高度,是多年来国内外最常用的方法。如程金泉(2002)在鹤壁煤业集团公司8矿井田11033工作面采空区上方布置两条观测线5个观测孔,利用钻孔冲洗液消耗法,以漏失量由正常值到首次峰值时对应的深度和层位作为单个钻孔处导水裂隙带最高点,测得倾角为23°软弱型顶板裂采比为4.9；坚硬型顶板裂采比为9.7。宋吉苏(2005)将钻孔正常施工时水位、消耗量、注水量发生突变,岩心不完整,破碎判别为导水裂隙带上限,将发生掉钻、卡钻、吸风等判定为冒落带上限,测得祈东煤矿3223、3241、3222工作面导水裂隙带高度,其结果同一工作面两孔导高相差25m,主要由于工作面上方岩层的原生裂隙发育程度关系密切,裂采比为12.2～23.7。还有进行钻孔岩移观测试验,同时在部分孔中进行注水试验,通过分析漏失量与岩移数据关系,确定导水裂隙带最大高度对应的岩移量,如开滦范各庄矿(1964)以垂向位移达到10mm/m划分导水隙带。

随着矿井采深的增加,井下仰斜钻孔逐渐取代了地面钻孔。1990年山东科技大学年获得国家专利(专利号901063487)“双端堵水器”井下导高观测技术,观测系统中应用了带用有双端封堵胶囊的注水探管,当通过管路给胶囊充以一定压力的水或气时,胶囊迅速膨胀,将封堵器所在的孔段两端严密封堵,然后通过注水管路向封堵孔段内注水,根据钻孔内漏失量变化可推断导水裂隙带的高度。由于双端封堵,钻孔可采用井下仰斜孔。如熊晓英(1998)采用钻孔双端封堵测漏装置在淮南潘一矿探测导水裂隙带高度,基岩为石灰岩、砂岩、粉砂岩顶板裂采比为10。高延法(2001)在开滦东欢坨、唐山矿、钱营矿等矿区进行了导高测定,取得了较好的效果。与“地面钻孔冲洗液消耗法”相比,该技术具有如下突出优点：①钻孔钻探工程量小,费用少。可避免地面打钻孔的征地、赔偿等麻烦和费用。②测试精度高,渗流量0.1L/min且可重复观测。③可用于湖泊、浅海和含水冲积层下煤层开采观测。从实际效果来看,钻孔观测精度较高,常常用于验证它方法确定的冒高、导高；其缺点在于费用高,周期长,观测限于钻孔局部点,而且当岩层中原生裂隙发育时,观测往往失败。

(2)地球物理勘探及测井技术

自20世纪80年代以来,国内外井下物探技术受到广泛应用,现代化的设备及技术不断发展并日臻完善。矿井直流电法、地质雷达、瞬变电磁、瑞雷波仪、高分辨地震、微地震监测等均被应用于顶板冒裂的探测中。多种探测技术复合形成综合探测,进一步推动了顶板覆岩破坏观测的发展。如钻孔声波测量、钻孔无线电波透视技术、钻孔电磁波层析技术(CT)、钻孔声波CT层析成像技术、形变-电阻测深、钻孔岩移观测等。

李军(1997)利用高分辨地震仪对扎赉诺尔矿务局铁北矿软弱顶板冒落带、冒裂带进行了测定,深度解释误差小于0.5m,其结果冒采比为1.3、裂采比为8.11。高分辨地震仪工作原理为：地震波在地层传播过程中,当遇到波阻抗差不为零的界面,就会在界面处产生折射波和反射波,通过接收折射波或反射波,就能了解地层界面的岩性信息和构造信息。由于采空冒落带的岩性较疏松,空隙存在,空隙中存在的空气与水较围岩有较大的波阻抗差异,其顶界面能形成纵波反射“亮点”；而水和气的弹性模量为零,所以横波剖面相应会出现反射“暗点”,利用纵横波对比可判断岩性界面和气(液)体界面。但由于冒落带顶部是由一些不规则岩块组成,界面分布不规则,它们形成的反射是一些漫射,引起地震反射波组突然变化。冒落带形成的反射主要表现为冒裂带对水平反射层的破坏,地震相的变化及局部发育的绕射现象。

澳大利亚Gordonstone煤矿(1994)利用微地震监测技术对主采煤层Germancreek中宽250m、长1500～2000m的长壁工作面开展了微地震监测,事件反应的顶板破裂规律与理论分析相符,较好地反映了顶板破裂的高度。其主要原理是,地下煤层被采空以后,上覆地层会失去支撑而造成应力失衡,这种应力达到一定程度后会突然释放,造成顶板岩石破裂或冒落,从而产生大量的微地震信号。这些信号类似于天然地震,不过其能量较弱,传播范围较小,人们一般感觉不到,称为“微地震”。煤层顶板产生两种断裂,张性断裂、剪切断裂,微地震监测可以标定剪切断裂区。山东煤田地质局(1998)引进澳大利亚煤矿微地震监测系统,在兖州矿业集团公司兴隆庄煤矿4320工作面上进行了“两带”监测试验,以事件密集区作为裂隙带,由于煤层倾角而工作面内煤层深度变化较大,监测结果反映煤层埋藏越浅,其两带发育高度就可能越小。鲁西煤矿3上107工作面(汪华君,2006)利用微地震(MS)监测技术,进行了长时间覆岩破坏微地震信号监测,对检波器获得的92个事件进行了定位,以微地震事件的密集区高度对应导水裂隙带高度,获得了满意的结果。

韩绪山(2001)利用声波测井形成的声波幅度图像和声波时差图像,通过识别沉积韵律、层序的变化,像识别离层带、裂隙带及冒落带。

淮南孔集矿(1998、1999)-250m水平西二、西四采区A组煤试采过程中,利用声波CT探测试验,探明A组煤采后工作面顶板岩层导水裂隙带高度和底板破坏深度。其工作原理为：利用声波在受到破坏松动的岩体中的传播时,其传播速度降低、通过岩体声能消耗大、波幅变小、波谱的高频成分被强烈吸收的特性,通过测量采前采后覆岩声波变化,可以探测导水断裂带高度。原理类似于声波CT探测,孔间岩体无线电波透视探测、电磁波CT层析技术也可用于对某些导水裂隙范围内的岩体进行透视,具有一定的参考意义。

利用地球物理勘探技术探测的冒裂高度作为冒裂高度参考取值,往往还需要依据实际地质条件及生产条件加以论证或验证。从近年资料分析来看,微地震监测不仅能够动态观测顶板覆岩破坏特征,还能够较好地反映出裂隙带的全貌,区分冒落带与裂隙带,并且观测结果与理论分析较相符,具有较好的应用前景。