[发明专利]一种现场采动底板断层活化程度综合预警与分析方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种矿山工作现场综合预警与分析方法，具体是一种现场采动底板断层活化程度综合预警与分析方法，属于矿山工作现场预警技术领域。

背景技术

矿井底板突水是指承压水上采煤时，采动矿压和水压共同作用下，导致煤层底板岩体变形破坏，造成大量承压水涌入采掘空间的现象。大量突水事故资料分析表明，85％以上底板突水都是由采动断层活化导水所致，它一直是困扰煤矿生产安全的一个难点问题。

目前，在煤矿开采过程中，普遍采取单一指标进行采动底板变形破坏程度及突水危险性预测，但是该测试方法环节繁琐，工艺复杂，不能用于全过程监测，通常用于完整底板而不能用于断层条件。

发明内容

针对上述现有技术存在的问题，本发明提供一种现场采动底板断层活化程度综合预警与分析方法，通过预先设计计算，现场施工测孔，并在测孔中预埋应变、应力和水压力传感器，能定量得出各传感器不同参数对于采动断层一定深度的反应敏感程度，可全程进行跟踪预测，适应于断层条件，并为底板断层活化程度评价提供量化依据，进而解决目前测试方法环节繁琐，工艺复杂，不能用于全过程监测的问题。

为了实现上述目的，本发明采用的一种现场采动底板断层活化程度综合预警与分析方法，具体步骤如下：

步骤一、设计测试钻孔：根据工作面巷道掘进揭露底板断层及回采条件，选择典型断层并结合工作面回采条件建立带断层和设计钻孔的三维地质计算模型，利用三维地质计算模型中断层面和钻孔所在剖面之间关系，考虑断层产状和钻孔方位及施工角度，正确计算出揭露断层面需要施工测试钻孔的深度；

步骤二、施工钻孔：根据步骤一中测试钻孔的位置和深度对测试钻孔进行结构设计，从煤层底板开始施工挖测试钻孔，钻探过程中要求对测试钻孔进行取芯，同时做好水文地质观测工作；

步骤三、埋设传感器：安装传感器前先借助钻机进行扫孔，然后将传感器自下而上的安装在测试钻孔内，依次为水压力传感器、应力传感器和应变传感器，相邻两个传感器间的间距0.4～0.6m；将各个传感器的导线引出孔口，封孔并保护好导线完整性；

步骤四、数据测试：根据工作面与钻孔相对位置的关系确定数据测试的次数，超前80m，每隔三天下井测试1次；80-50m每隔一天测试1次；50m以内到工作面推过测试钻孔50m范围内每天测试1次；推过50-80m每隔一天测试1次；

步骤五、数据整理与分析：每次测试结束后及时整理和分析数据，分别作出三种传感器相对工作面不同位置的变化曲线，综合判断有无异常现象，并以此对断层活化程度综合预警与分析。

所述步骤一设计测试钻孔具体是指：

1)在采掘工程平面图上根据断层产状和巷道位置关系确定测试钻孔孔口O点位置、测孔施工平面方向OE和测孔俯角大小∠BOC，其中，OE线是过O点与断层走向线平行的作为测试钻孔施工的水平方向线，B点为预施工钻孔孔底与断层面的交点，C点为B点投影到水平面的位置点；

2)令巷道与断层上盘交点为A点，确定测试钻孔孔口O点到巷道与断层交点A的距离l_AO，过A点做测孔施工方向在平面投影的垂向交于E点，在采掘工程平面图上量出测孔施工方向与巷道的夹角∠AOE，A点与E点间的距离l_AE＝l_AO×sin∠AOE；

3)分析计算测孔施工深度l_OB：根据断层与施工测孔及巷道位置关系建立三维地质计算模型，OB为测孔施工长度，B点落在断层面上，过B点作投影线交水平面于C点，再过C点作AE的平行线CD交断层于D点，则∠BDC即为断层的倾角，这个断层倾角是已知的；

在ΔBOC中，l_OB＝l_BC/sin∠BOC，又∠BOC是测孔设计的俯角，可根据巷道断面尺寸确定，故只需确定BC的长度；而在ΔBCD中，l_BC＝l_CD×tan∠BDC，l_CD＝l_AE，所以

这样即能计算出需要施工的测孔孔深，并能保证测孔终点位置落在断层面上。

所述步骤三中的封孔是指采用体积比为1：1水泥浆(加速凝剂)将测试钻孔浇灌密实，经过1-2天固结期，便可进行观测。