一种厚煤层下分层“混合顶板”完整性探测及其控制方法技术

一种厚煤层下分层“混合顶板”完整性探测及其控制方法，根据厚煤层上分层开采后老空区围岩变形破坏特征，采用高密度电法、氡气探测法、电磁波CT法的地球物理化学综合探测方法，对厚煤层下分层“混合顶板”的完整性进行准确探测，确定厚煤层下分层“混合顶板”中局部破碎带的具体位置及其分布范围，在此基础上，优化设计局部破碎带的注浆加固方案，确定合理的注浆加固材料，并对厚煤层下分层“混合顶板”中的局部破碎带实施超前预注浆和滞后固化注浆。与现有技术相比，本发明专利技术可操作性强，效率高，针对性强，对类似的煤层顶板条件具有广泛的实用性和推广性。

Integrity detection and control method of \mixed roof\ in lower layer of thick coal seam

A thick coal seam under layered mixed roof integrity detection and control method, according to the thick seam slicing mining on the surrounding rock deformation and failure characteristics of goaf, comprehensive geophysical chemical detection method using high density resistivity method, radon detection method, electromagnetic wave CT, accurate detection of thick coal layer under the layer \mixed roof\, \to determine the layered thick seam in broken roof mixed\ specific location and distribution range, based on the optimization design of the fracture zone of the grouting reinforcement scheme, determine the reasonable grouting material, and the thick coal seam under layered local crushing and mixing zones in the implementation of advanced roof \pre grouting and grouting curing lag. Compared with the existing technology, the invention has the advantages of strong operability, high efficiency and strong pertinence, and has wide practicability and popularization for similar coal seam roof conditions.

【技术实现步骤摘要】
一种厚煤层下分层“混合顶板”完整性探测及其控制方法
本专利技术属于煤炭资源地下开采
，涉及一种煤层顶板完整性探测及其控制方法，尤其是一种适用于厚煤层上分层无序开采条件下形成的间隔式“混合顶板”完整性探测及其控制方法。
技术介绍
煤炭是我国的基础能源和重要原料，占我国化石能源资源的90％以上，是稳定、经济、自主保障程度最高的能源。煤炭在一次能源消费中的比重将逐步降低，但在相当长时期内，煤炭的主体能源地位不会变化。目前，我国煤炭工业已进入“四期并存”(需求增速放缓期、过剩产能消化期、环境制约强化期、结构调整攻坚期)的发展阶段。由于我国以煤炭为主的能源结构短时期内很难改变，因此建设集约、安全、高效、绿色的现代煤炭工业体系，保障国家能源供应安全，促进社会经济健康稳定发展，具有十分重要的战略意义。目前，我国大部分衰老矿井均面临资源枯竭的窘迫，急需后续的接替资源或进行企业转型。在此期间，如何维持矿井的稳定生产，解决庞大的单位职工日常生活问题，稳定矿区社会的和谐发展，是众多衰老矿井不得不面对的现实难题。由于衰老建矿时间较长、以往开采技术条件落后及周边小煤窑掠夺性开采等多种历史因素，使得矿井煤炭资源采出率很低，导致矿井常规的可采资源迅速枯竭，丢弃了大量的优质煤炭资源，特别是厚煤层开采时该问题更加突出。例如，具体到山西晋城矿区，该区域厚煤层分布较广，但受限于当时的开采技术条件，绝大部分矿井开采初期大都采用刀柱式、房柱式及小条带等多种混合方法开采厚煤层上分层煤炭资源，而将大量的厚煤层下分层煤炭资源搁置。厚煤层上分层的这种无序开采，直接导致厚煤层下分层“混合顶板”(由厚煤层上分层开采后遗留的大小不一的煤柱及形状不规则的老空区垮落矸石组成)的形成。党的十八大报告明确提出“...必须坚持节约资源和保护环境的基本国策，坚持可持续发展...加快建设资源节约型、环境友好型社会...”政策。因此，对厚煤层下分层弃滞煤炭资源进行复采回收，提高煤炭资源采出率，延长矿井剩余服务年限，是衰老矿井走可持续发展道路的重要途径。而在对厚煤层下分层布置长壁综采工作面复采回收前，必须要保证下分层上部的间隔式“混合顶板”处于完整稳定状态，否则易导致工作面开采过程中发生严重的大面积冒顶事故。目前在工作面顶板完整性工程实践方面，常见的现场探测方法主要有：钻孔窥视法、浅层地震法、地质雷达法等。现有常见方法往往存在工程量巨大、易受地质环境影响及探测效果差等缺点，尤其是无法准确确定煤层顶板中的局部破碎带具体位置及其分布范围，严重影响了顶板完整性控制措施的实施效果，故亟需专利技术一种有效的厚煤层下分层“混合顶板”完整性探测及其控制方法。
技术实现思路
技术问题：本专利技术的目的是为了克服现有技术的不足之处而提供一种准确有效的厚煤层下分层“混合顶板”完整性探测及其控制方法。技术方案：本专利技术的厚煤层下分层“混合顶板”完整性探测及其控制方法：根据厚煤层上分层开采后老空区围岩变形破坏特征，采用高密度电法、氡气探测法、电磁波CT法的地球物理化学综合探测方法，对厚煤层下分层“混合顶板”的完整性进行准确探测，确定厚煤层下分层“混合顶板”中局部破碎带的具体位置及其分布范围，在此基础上，优化设计局部破碎带的注浆加固方案，确定合理的注浆加固材料，并对厚煤层下分层“混合顶板”中的局部破碎带实施超前预注浆和滞后固化注浆。有益效果：本专利技术创造性地将高密度电法、氡气探测法和电磁波CT法三种方法相融合，能够准确地探测出局部破碎带的具体位置和分布范围，并能有针对性地对该区域进行合理的注浆加固控制。与现有技术相比，本专利技术可操作性强，效率高，针对性强，对类似的煤层顶板条件具有广泛的实用性和推广性。附图说明下面结合附图和实施例对本专利技术进一步说明。图1是本专利技术的一个实施例的现场工作示意图。图中：1-厚煤层上分层；2-厚煤层下分层；3-老空区；4-探测区域；5-煤柱；6-电极测线；7-电极测点；8-氡气测线；9-氡气测点；10-电磁波发射器；11-电磁波接收器；12-探杯；13-累积测氡仪；14-电磁波层析成像仪；15-直流电法仪；16-USB数据线；17-移动工作站；18-局部破碎带；19-超前预注浆区域；20-垮落矸石。具体实施方式为使本专利技术实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本专利技术的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术的保护范围。一种厚煤层下分层“混合顶板”完整性探测及其控制方法，步骤如下：根据厚煤层上分层开采后老空区围岩变形破坏特征，采用高密度电法、氡气探测法、电磁CT法的地球物理化学综合探测方法，对厚煤层下分层“混合顶板”的完整性进行准确探测，确定厚煤层下分层“混合顶板”中局部破碎带的具体位置及其分布范围，在此基础上，优化设计局部破碎带的注浆加固方案，确定合理的注浆加固材料，并对厚煤层下分层“混合顶板””中的局部破碎带实施超前预注浆和滞后固化注浆。具体步骤如下：1)厚煤层上分层开采后老空区围岩变形破坏特征分析：根据厚煤层上分层以往开采活动情况和采矿地质资料，分析厚煤层上分层开采后老空区围岩变形破坏特征，确定出厚煤层下分层“混合顶板”所需的探测区域；2)高密度电法：在确定的探测区域内，垂直厚煤层下分层工作面推进方向间隔一段距离布置一条电极测线，在所有电极测线上间隔一段距离布置一个电极测点；待所有电极测线和电极测点布置完毕后，采用直流电法仪对所有电极测点进行探测，并通过USB数据线将探测数据传输至移动工作站中进行反演生成探测区域的视电阻率剖面图；根据生成的视电阻率剖面图，圈定出探测区域内的多个老空区范围；其中，所述电极测线的间距为20m；所述电极测点的间距为2m；所述直流电法仪可选为DZD-6A多功能电法仪；3)氡气探测法：在圈定的多个老空区范围内，垂直厚煤层下分层工作面推进方向间隔一段距离布置一条氡气测线，在所有氡气测线上间隔一段距离布置一个氡气测点；将累积测氡仪的探杯倒置埋设于氡气测点下方30cm处的地表土壤中，间隔4h后将探杯取出迅速放入累积测氡仪中进行脉冲计数并存储测量数据；待所有氡气测点完成测量工作后，通过USB数据线将测量数据传输至移动工作站中绘制氡气浓度变化三维曲线图；根据绘制的氡气浓度变化三维曲线图，确定出顶板不完全垮落的矸石未压实老空区；其中，所述氡气测线的间距为10～20m；所述氡气测点的间距为5～10m；所述累积测氡仪可选为CD-1/KZ-D02α杯测氡仪；4)电磁波CT法：在确定的顶板不完全垮落的矸石未压实老空区范围内，沿老空区走向方向在其侧面一端打孔放置3个电磁波发射器，在对应的另一端打孔放置3个电磁波接收器，然后垂直老空区走向方向每隔30m，在其与侧面平行的截面两边，分别布置同样位置的3个电磁波发射器和3个电磁波接收器，并将电磁波接收器与电磁波层析成像仪连接；待所有电磁波测量工作完成后，通过USB数据线将测量数据传输至移动工作站中绘制电磁波能量二维介质分布图像；根据绘制的电磁波能量二维介质分布图像，测定出该区域内局部破碎带的具体位置及其分布范围；其中，所述电磁波发射器间本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种厚煤层下分层“混合顶板”完整性探测及其控制方法，其特征是：步骤如下：根据厚煤层上分层(1)开采后老空区(3)围岩变形破坏特征，采用高密度电法、氡气探测法、电磁波CT法的地球物理化学综合探测方法，对厚煤层下分层(2)“混合顶板”的完整性进行准确探测，确定厚煤层下分层(2)“混合顶板”中局部破碎带(18)的具体位置及其分布范围，在此基础上，优化设计局部破碎带(18)的注浆加固方案，确定合理的注浆加固材料，并对厚煤层下分层(2)“混合顶板”中的局部破碎带(18)实施超前预注浆和滞后固化注浆。

【技术特征摘要】
1.一种厚煤层下分层“混合顶板”完整性探测及其控制方法，其特征是：步骤如下：根据厚煤层上分层(1)开采后老空区(3)围岩变形破坏特征，采用高密度电法、氡气探测法、电磁波CT法的地球物理化学综合探测方法，对厚煤层下分层(2)“混合顶板”的完整性进行准确探测，确定厚煤层下分层(2)“混合顶板”中局部破碎带(18)的具体位置及其分布范围，在此基础上，优化设计局部破碎带(18)的注浆加固方案，确定合理的注浆加固材料，并对厚煤层下分层(2)“混合顶板”中的局部破碎带(18)实施超前预注浆和滞后固化注浆。2.根据权利要求1所述的一种厚煤层下分层“混合顶板”完整性探测及其控制方法，其特征是：所述混合顶板由厚煤层上分层(1)开采后遗留的煤柱(5)和老空区(3)的垮落矸石(20)组成。3.根据权利要求1或2所述的一种厚煤层下分层“混合顶板”完整性探测及其控制方法，其特征是：所述合理的注浆加固材料为ZKD高水速凝材料和普通水泥单浆液，其中，超前预注浆采用的加固材料为ZKD高水速凝材料，滞后固化注浆所选用的加固材料为普通水泥单浆液。4.根据权利要求1或2所述的一种厚煤层下分层“混合顶板”完整性探测及其控制方法，其特征是：所述超前预注浆的方式是超前厚煤层下分层(2)工作面50m提前对局部破碎带(18)进行临时注浆加固；所述滞后固化注浆的方式是随着厚煤层下分层(2)工作面不断向前推进，对超前预注浆区域(19)进行二次强化注浆加固。5.根据权利要求1或2任一项所述的一种厚煤层下分层“混合顶板”完整性探测及其控制方法，其特征是：具体步骤如下：步骤一、厚煤层上分层(1)开采后老空区(3)围岩变形破坏特征分析：根据厚煤层上分层(1)以往开采活动情况和采矿地质资料，分析厚煤层上分层(1)开采后老空区(3)围岩变形破坏特征，确定出厚煤层下分层(2)“混合顶板”所需的探测区域(4)；步骤二、高密度电法：在确定的探测区域(4)内，垂直厚煤层下分层(2)工作面推进方向间隔一段距离布置一条电极测线(6)，在所有电极测线(6)上间隔一段距离布置一个电极测点(7)；待所有电极测线(6)和电极测点(7)布置完毕后，采用直流电法仪(15)对所有电极测点(7)进行探测，并通过USB数据线(16)将探测数据传输至移动工作站(17)中进行反演生成探测区域(4)的视电阻率剖面图；根据生成的视电阻率剖面图，圈定出探测区域(4)内的多个老空区(3)范围；步骤三、氡气探测法：在圈定的多个老空区(3)范围内，垂直厚煤层下...

【专利技术属性】
技术研发人员：张炜，马立强，李鹏，王烁康，李娟娟，杨志，
申请(专利权)人：中国矿业大学，山西兰花集团莒山煤矿有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32