一种采区覆岩离层水水害危险性评价法制造技术

本发明专利技术涉及一种采区覆岩离层水水害危险性评价法，属于煤炭开采水害防治，解决了现有技术中离层水水害的防治主要是通过井下施工离层水“截流孔”或“导流孔”来实现，但由于对采场顶板离层水水害的危险程度未能进行定性或定量评价分析，导致离层水水害的防治具有一定盲目性。本发明专利技术提供一种采区覆岩离层水水害危险性评价法，包括以下步骤：S1.收集采区各岩层地质资料；S2.计算采区导水裂缝带高度；S3.基于组合梁原理，对导水裂缝带以上岩层进行离层发育位置判定；S4.计算离层水突水系数，进行采区覆岩离层水水害危险性分区。本发明专利技术可以对采区覆岩离层水水害危险性进行超前预测评价，可为离层水水害防治方案的制定提供科学依据，保证煤矿的安全开采。

【技术实现步骤摘要】
一种采区覆岩离层水水害危险性评价法
本专利技术涉及煤炭开采水害防治领域，具体涉及一种采区覆岩离层水水害危险性的评价方法。
技术介绍
随着工作面推进煤层开采，采场覆岩离层逐渐发育，并伴有覆岩中含水层对离层不断补给；随着离层积水量及覆岩变形逐渐增大，在一定条件下，离层下部岩层发生破断，离层空腔内的水体涌出，发生离层突水。离层水水害是一种特殊的水害类型，此类灾害具有突水瞬间水量大、突水征兆不明显、且存在周期性的顶板突水特征，常造成极大危害。如淮北矿业集团海孜煤矿在2006年5月21日发生离层突水，3887m3/h的强大水流携带近500m3的矸石瞬间涌出，淹没了工作面、机巷和风巷，造成5名工人死亡。目前离层水水害的防治主要是通过井下施工离层水“截流孔”或“导流孔”来实现，但由于对采场顶板离层水水害的危险程度未能进行定性或定量评价分析,导致离层水水害的防治具有一定盲目性。
技术实现思路
鉴于上述的分析，本专利技术旨在提供一种采区覆岩离层水水害危险性评价法，用以解决现有离层水水害的防治具有一定盲目性的技术问题。本专利技术的目的主要是通过以下技术方案实现的：本专利技术提供了一种采区覆岩离层水水害危险性评价法，包括以下步骤：S1.收集采区各岩层地质资料。包括钻孔柱状图、离层水充水源的水头压力、岩层厚度、弹性模量和岩层容重等，其中，钻孔柱状图是为描述钻孔穿过岩层的层性、厚度、岩性、结构构造和接触关系、地下水取样和试验、钻孔结构和钻进等情况而编制的工程地质图，是分析工程地质条件和绘制地质断面图的重要依据。需要说明的是，钻孔柱状图、离层水充水源的水头压力和岩层厚度等数据都是地质技术领域的基础数据，在前期的建设矿井过程中地质工作者通过水文地质勘探获取到这些基础数据，因此，本领域的技术人员是能够直接收集得到的；另外，岩层的弹性模量可以通过测试设备直接获取，例如，通过MTS815全数字型液压伺服试验机测试岩石样品后可直接获得弹性模量，其原理是：试验机获得岩石轴向应力-应变曲线，由曲线上近似直线区段的平均斜率确定，即式中：E为岩石弹性模量，即该岩石所在岩层弹性模量，MPa；Δσ为曲线上近似直线区段应力，MPa；Δεi为曲线上近似直线区段应变。岩层容重可通过室内量积法测试岩石获取。即：γ＝G/V式中：γ岩石容重，即该岩石所在岩层容重，kN/m3；G为岩石重量，kN；V为岩石体积，m3。S2.计算采区导水裂缝带高度。具体地，采用《矿区水文地质工程地质勘探规范》中公式来计算采区导水裂缝带发育高度。S3.基于组合梁原理，根据S1步骤中采集的各岩层的岩层厚度、弹性模量、岩层容重对导水裂缝带以上的岩层进行离层发育位置判定。包括以下步骤：S31.根据钻孔柱状图，对导水裂缝带以上岩层从下至上依次编号1、2...n；S32.根据以下公式依次计算n层岩层组合梁同步变形时，载荷重新分配，最底层(即组合梁第1层)岩层实际承受的载荷(qn)1；式中：qn岩层实际承受的载荷，kPa；E为弹性模量，MPa；h为岩层厚度，m；γ为岩层容重，kN/m3。S33.若(qm)1＝max((q1)1,(q2)1...,(qn)1)，且1≤m＜n，则判定第m+1层岩层与第m层岩层之间发生了离层；若(qn)1＝max((q1)1,(q2)1...,(qn)1)，则判定1号岩层至n号岩层无离层空腔。S4.计算离层水“突水系数”，进行采区离层水水害危险性分区。S41.根据以下公式计算各钻孔点的离层水“突水系数”：式中：T为突水系数，MPa/m；P为离层充水水源的水头压力，MPa；H为离层空腔与导水裂缝带之间岩层厚度，m。S42.根据各钻孔点的离层水“突水系数”计算结果，绘制采区离层“突水系数”等值线图；S43.通过统计分析矿区实际离层水突水资料确定临界突水系数Ts；若矿区实际离层水突水资料有限或无实际离层水突水资料，则依据《煤矿防治水规定》取Ts＝0.06MPa/m。S44.将突水系数T小于临界突水系数Ts的区段划分为安全区；将突水系数T大于临界突水系数Ts的区段划分为离层水水害危险区。与现有技术相比，本专利技术的有益效果为：本专利技术提供的一种采区覆岩离层水水害危险性评价法，通过计算导水裂缝带高度、判定离层发育位置、计算各个钻孔点的离层水突水系数、划分离层水水害安全区和离层水水害危险区，进而对采场顶板离层水水害的危险程度进行定性和定量评价分析,不仅能够对传统离层发育位置的判别方法做出修正，而且，使离层水水害的防治工作具有针对性，通过对采区离层水水害危险性进行的预测，采区可根据预测结果设计离层水水害防治方案，从而保证煤炭安全开采。本专利技术中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本专利技术的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。附图说明附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本专利技术的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。图1为本专利技术提供的采区覆岩离层水水害危险性评价法实施流程图；图2为依据本专利技术方法对西北某煤矿采区进行覆岩离层水水害危险性分区的结果；图3为西北某煤矿某工作面开采过程中实际涌水量图。具体实施方式下面结合附图来具体描述本专利技术的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本专利技术的实施例一起用于阐释本专利技术的原理，并非用于限定本专利技术的范围。本专利技术提供了一种采区覆岩离层水水害危险性评价法，如图1所示，包括如下步骤：S1.收集采区各岩层地质资料。通过钻探和岩石力学实际获取采区地质资料，包括：钻孔柱状图、离层水充水源的水头压力、岩层厚度、弹性模量和岩层容重等。其中，钻孔柱状图是为描述钻孔穿过岩层的层性、厚度、岩性、结构构造和接触关系、地下水取样和试验、钻孔结构和钻进等情况而编制的工程地质图，是分析工程地质条件和绘制地质断面图的重要依据。需要说明的是，钻孔柱状图、离层水充水源的水头压力和岩层厚度等数据都是地质
的基础数据，在前期的建设矿井过程中地质工作者通过水文地质勘探获取到这些基础数据，因此，本领域的技术人员是能够直接收集得到的；另外，岩层的弹性模量可以通过测试设备直接获取，例如，通过MTS815全数字型液压伺服试验机测试岩石样品后可直接获得弹性模量，其原理是：试验机获得岩石轴向应力-应变曲线，由曲线上近似直线区段的平均斜率确定，即式中，E为岩石弹性模量，即该岩石所在岩层弹性模量，MPa；Δσ为曲线上近似直线区段应力，MPa；Δεi为曲线上近似直线区段应变。岩层容重可通过室内量积法测试岩石获取。即：γ＝G/Vγ岩石容重，即该岩石所在岩层容重，kN/m3；G为岩石重量，kN；V为岩石体积，m3。S2.根据《矿区水文地质工程地质勘探规范》计算采区导水裂缝带高度。S3.基于组合梁原理，根据S1步骤中采集的岩层厚度、弹性模量、岩层容重对导水裂缝带以上的岩层进行离层发育位置判定。判定过程包括以下步骤：S31.根据钻孔柱状图，对导水裂缝带以上岩层从下至上依次编号1、2...n；S32.根据以下公式依次计算n层岩层组合梁同步变形时，载荷重新分配，最底层(即组合梁第1层)岩层实际承受的载荷(qn)1；式中：qn第n层本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种采区覆岩离层水水害危险性评价法，其特征在于，包括以下步骤：S1.收集采区各岩层地质资料；S2.根据岩性计算采区导水裂缝带高度；S3.基于组合梁原理，根据S1步骤中收集采区各岩层地质资料对所述导水裂缝带以上的岩层进行离层发育位置判定；S4.计算离层水突水系数，进行采区覆岩离层水水害危险性分区。

【技术特征摘要】
1.一种采区覆岩离层水水害危险性评价法，其特征在于，包括以下步骤：S1.收集采区各岩层地质资料；S2.根据岩性计算采区导水裂缝带高度；S3.基于组合梁原理，根据S1步骤中收集采区各岩层地质资料对所述导水裂缝带以上的岩层进行离层发育位置判定；S4.计算离层水突水系数，进行采区覆岩离层水水害危险性分区。2.根据权利要求1所述的采区覆岩离层水水害危险性评价法，其特征在于，所述S1步骤中，收集采区各岩层地质资料为收集采区各岩层的如下物理参数：钻孔柱状图、离层水充水源的水头压力、岩层厚度、弹性模量和岩层容重。3.根据权利要求2所述的采区覆岩离层水水害危险性评价法，其特征在于，所述S3步骤中，基于组合梁原理，根据S1步骤中收集采区各岩层地质资料对导水裂缝带以上的岩层进行离层发育位置判定，离层发育位置判定方法为：S31.根据钻孔柱状图，对采区导水裂缝带以上岩层从下至上依次编号1、2...n；n≥1；S32.根据以下公式依次计算n层岩层以“组合梁”形式同步变形时，载荷重新分配，最底层即组合梁第1层岩层实际承受的载荷(qn)1；式中：q为岩层实际承受的载荷，kPa；E为弹性模量，MPa；h为岩层厚度，m；γ为岩层容重，kN/m3。4.根据权利要求3所述的采区覆岩离层水水害危险性评价法，其特征在于，所述离层发育位置判定方法中的S32步骤中，若(qm)1＝max((q1)1,(q2)1...,(qn)1)，且1≤m＜n，则判定第m+1层岩层与第m层岩层之间发生了离层，存在离层空腔。5.根据权利要求3...

【专利技术属性】
技术研发人员：李文平，范开放，王启庆，李小琴，赵东良，
申请(专利权)人：中国矿业大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32