近距离煤层开采上位煤层底板破坏深度氡气探测方法

摘要

近距离煤层开采上位煤层底板破坏深度氡气探测方法，根据上位煤层与下位煤层间距，结合上位煤层工作面倾斜长度，确定出所需的矩形探测区域；在上位煤层开采过程中，提前在已确定的矩形探测区域内沿对角线布置测线，然后分别在每条测线上布置测点；在每个测点处垂直向上位煤层底板岩层中打钻孔，然后将测氡仪的抽气杆密封于钻孔内，并通过橡胶软管将抽气杆连接至测氡仪；打开测氡仪开始测量，每个测点测量3小时，并将测量结果传输至笔记本电脑中绘制氡气浓度变化曲线，结合具体地质条件，分析上位煤层底板岩体采动裂隙演化特征，即可反演得出上位煤层底板破坏深度。该方法可操作性强，数据获取容易，效率高，具有广泛的实用性和推广性。

说明书

技术领域

本发明涉及一种煤层底板破坏深度探测方法，属于煤矿地下开采技术领域，尤其是一种适用于煤层间距h为5.0～10.0 m之间的近距离煤层开采上位煤层底板破坏深度氡气探测方法。

背景技术

近年来，近距离煤层开采在我国逐渐引起采矿界的高度重视，其原因主要有两个方面：第一，我国近距离煤层的赋存和开采所占比重很大，大多数矿区都存在近距离煤层（群）开采的问题，如宝鸡、大同、大屯、古交、邯郸、淮北、淮南、霍州、井隆、开滦、平顶山、双鸭山、水城、西山、新汶等矿区；第二，经过多年的大规模高强度开采，已使大部分矿区赋存条件较好的煤层储量越来越少，导致许多矿区下属矿井面临资源枯竭及生产接替紧张局面，因此许多矿井被迫不得不重新考虑井田内的近距离煤层开采问题。

对于多煤层开采，当上下煤层间距较大时，上位煤层开采后对下位煤层开采影响较小，实际生产中采场矿山压力显现规律与常规单一煤层开采基本相同。但随着煤层间距减小到一定程度时，上下煤层间开采的相互影响非常显著。特别是当近距离煤层开采时，上位煤层开采后会对下位煤层顶板（即上位煤层底板）造成不同程度的损伤破坏，以及上位煤层开采后遗留的区段煤柱易形成应力集中，且该应力将会向底板岩层深部传递，导致下位煤层顶板结构及应力环境发生较大变化，表现在矿山压力显现十分明显，给下位煤层回采巷道布置及支护带来巨大困难。目前，关于近距离煤层开采经验主要有两种：一种是上位煤层开采后，待顶板垮落稳定后再布置下位煤层回采巷道，并未充分考虑上位煤层开采后底板破坏深度及遗留煤柱应力集中所造成的影响，导致下位煤层回采巷道布置不合理，矿山压力显现剧烈，巷道维护十分困难；另一种是上下煤层同时协调开采，以尽量避开上位煤层开采底板损伤破坏对下位煤层开采的时效影响，但现场实际组织实施工作难度较大。因此，如何准确有效地定量掌握近距离煤层开采上位煤层底板损伤破坏深度，为下位煤层回采巷道布置位置选择及支护参数确定提供依据，成为近距离煤层开采亟待解决的实际工程问题。

当前，针对近距离煤层开采上位煤层底板破坏深度的研究手段主要有理论计算、数值模拟及现场实测。在理论计算方面，由于计算过程中会将相关具体地质条件进行简化，从而导致最终计算结果与现场实际情况相差加大；在数值模拟方面，由于数值模型建模参数选取较为困难，从而存在无法真实反映现场实际的现象；在现场实测方面，已有的探测方法存在易受开采条件限制等缺点，导致无法评判探测结果是否准确有效，严重影响了近距离煤层安全高效开采。

氡（Rn）是一种化学元素，其常见的三种放射性同位素为²¹⁹Rn、²²⁰Rn及²²²Rn，通常所说的氡是指²²²Rn，具有3.82天的半衰期。氡通常的单质形态为氡气，是人类所接触到的唯一具有放射性的最重的惰性气体，其广泛存在于自然界中的煤、岩石、土壤和水体之中。在自然条件下，氡具有较强的迁移能力。由于氡具有放射性，即使浓度很小，也可被测出；同时它又具有惰性气体的地球物理化学性质，即在微裂隙或微孔隙中可传输和积聚；这就为利用氡气探测近距离煤层开采上位煤层底板岩体采动裂隙损伤破坏深度提供了依据。

发明内容

技术问题：本发明的目的是为了克服现有技术的不足之处而提供一种可靠有效的近距离煤层开采上位煤层底板破坏深度氡气探测方法。

技术方案：本发明的近距离煤层开采上位煤层底板破坏深度氡气探测方法：

a．根据上位煤层与下位煤层间距h，结合上位煤层工作面倾斜长度，确定出所需的近距离煤层开采上位煤层底板破坏深度矩形探测区域；

b．在上位煤层开采过程中，提前在已确定的矩形探测区域内沿对角线布置两条测线，然后分别在每条测线上间隔一段距离布置一个测点；

c．在每个测点处垂直向上位煤层底板岩层中打一定深度的直径为5 cm的钻孔，然后将连续测氡仪的抽气杆密封于钻孔内，并通过直径为5 mm的橡胶软管将每个测点处的抽气杆连接至一台连续测氡仪；

d．打开连续测氡仪开始测量，每个测点测量3小时，并将测量结果通过USB数据线传输至笔记本电脑中绘制氡气浓度变化曲线，所有测点测量完成后，根据矩形探测区域内所有测点的氡气浓度变化曲线，结合具体地质条件，分析上位煤层底板岩体采动裂隙演化特征，即可反演得出上位煤层底板破坏深度。

所述的每条测线上的测点间隔距离为50～60 m；所述的垂直向上位煤层底板岩层中打钻孔的深度为50 cm；所述的连续测氡仪为KJD-2000R连续测氡仪。

有益效果：本发明在探测近距离煤层开采上位煤层底板破坏深度时，只需提前在已确定的矩形探测区域内布置好测点，然后垂直向上位煤层底板岩层中打钻孔安装好抽气杆，并利用橡胶软管将抽气杆连接至连续测氡仪，即可进行现场探测工作。该方法整个过程安装工程量小，数据获取容易，不受井下具体开采条件限制，可操作性强，成本低，效率高，具有广泛的实用性和推广性。

附图说明

附图是本发明的现场氡气探测工作示意图。

图中：1-上位煤层；2-下位煤层；3-上位煤层工作面；4-矩形探测区域；5-测线；6-测点；7-抽气杆；8-橡胶软管；9-连续测氡仪；10-USB数据线；11-笔记本电脑。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的一个实施例作进一步的描述：

本发明的近距离煤层开采上位煤层底板破坏深度氡气探测方法，在进行现场氡气探测工作前，根据上位煤层1与下位煤层2间距h，结合上位煤层工作面3倾斜长度，确定出所需的近距离煤层开采上位煤层1底板破坏深度矩形探测区域4。在上位煤层1开采过程中，提前在已确定的矩形探测区域4内沿对角线布置两条测线5，然后分别在每条测线5上间隔一段距离布置一个测点6，每条测线5上的测点6间隔距离为50～60 m。在每个测点6处垂直向上位煤层1底板岩层中打一定深度的直径为5 cm的钻孔，垂直向上位煤层1底板岩层中打钻孔的深度为50 cm，然后将连续测氡仪9的抽气杆7密封于钻孔内，并通过直径为5 mm的橡胶软管8将每个测点6处的抽气杆7连接至一台连续测氡仪9，连续测氡仪9为KJD-2000R连续测氡仪。打开连续测氡仪9开始测量，每个测点6测量3小时，并将测量结果通过USB数据线10传输至笔记本电脑11中绘制氡气浓度变化曲线，所有测点6测量完成后，根据矩形探测区域4内所有测点6的氡气浓度变化曲线，结合具体地质条件，分析上位煤层1底板岩体采动裂隙演化特征，即可反演得出上位煤层1底板破坏深度。