一種基于壓裂原理的老空區(qū)探測方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種基于壓裂原理的老空區(qū)探測方法，屬于礦井防治老空水【技術(shù)領(lǐng)域】，包括以下步驟：(1)施工鉆孔；(2)鉆孔孔口端封孔；(3)向鉆孔內(nèi)高壓注水；(4)觀測水流量、壓力變化；(5)判定是否有老空區(qū)；(6)老空區(qū)放水。本發(fā)明利用高壓水泵向鉆孔內(nèi)注入高壓水流，滲入到煤層中，當(dāng)煤層中存在老空區(qū)時，由于老空水的壓力遠低于高壓水，高壓水突破煤柱，大量流入老空區(qū)內(nèi)，導(dǎo)致注水管上流量表示數(shù)突然增大，壓力表示數(shù)迅速減小；反之，若注水過程中流量表示數(shù)變化不大，壓力表示數(shù)保持不變，則證明無老空區(qū)存在。采用本方法探測老空區(qū)不會產(chǎn)生遺漏，探測過程快捷有效，能及時有效的將老空水排出，切實保證井下施工作業(yè)的安全。
【專利說明】一種基于壓裂原理的老空區(qū)探測方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于壓裂原理的老空區(qū)探測方法，屬于礦井防治老空水【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]已采掘的舊巷及空洞內(nèi)，常有大量積水，稱為老空水。老空水是目前威脅礦井安全的最重要的水害形式。老空水突水具有瞬時水量大、來勢兇猛、易造成人員傷亡事故等特點。近年來，老空水所造成的人員傷亡事故時有發(fā)生，如2009年山西王家?guī)X煤礦發(fā)生水害事故，造成38人死亡，就是由老空水引起的。
[0003]老空水危害嚴重，但老空水探查十分困難，主要原因在于，老空區(qū)的分布不同于含水層、斷層等，可以說是毫無規(guī)律性可言。特別是一些與大面積老空區(qū)相連接的小巷道，包括小煤窯開采時的探巷，往往成為探查中的漏網(wǎng)之魚，而這些探巷，因與大面積老空區(qū)連通，采掘過程中一旦接通這種探巷，會引發(fā)災(zāi)難性事故。
[0004]目前對老空水的探查，主要以井下掘進過程中邊掘邊探為主要方法。在“煤礦防治水規(guī)定”中，詳細規(guī)定了巷道超前探查老空水的鉆探要求:探測范圍要求為幫距30m，鉆孔密度垂向上孔距不大于2m，橫向上孔距不大于3m。如此高的密度，在實際操作過程中基本上是無法完成的。但不按此密度施工鉆孔，又存在遺漏老空區(qū)(小探巷)的可能性。
[0005]因此，目前迫切需要一種既能保證不會出現(xiàn)遺漏，又能快捷有效地老空水探測方法，切實保證井下施工作業(yè)安全。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種基于壓裂原理的老空區(qū)探測方法，對井下老空區(qū)的探測無遺漏，探測方便快捷，有效預(yù)防老空水的危害，保證礦井作業(yè)安全。
[0007]為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的一種基于壓裂原理的老空區(qū)探測方法，包括以下步驟，
[0008](1)施工鉆孔:在巷道迎頭按巷道將掘進的方向施工一個鉆孔，鉆孔深度不小于100m，鉆孔傾角與煤層平行；
[0009](2)鉆孔孔口端封孔:在已施工好的鉆孔中預(yù)留一注水管，注水管長度不小于50m，然后在距鉆孔開口處后端25-35m位置封孔；
[0010](3)向鉆孔內(nèi)高壓注水:將注水管接上閥門、流量表和壓力表，然后接上注水設(shè)備，打開注水設(shè)備向鉆孔內(nèi)注水，具體壓力數(shù)值根據(jù)煤層的強度和地應(yīng)力的大小確定；
[0011](4)觀測水流量、壓力變化:注水過程中觀察流量表和壓力表的示數(shù)變化，繪制相應(yīng)的曲線圖；
[0012](5)判定是否有老空區(qū):如果流量表示數(shù)突然增大，同時壓力表示數(shù)突然減小，表明前方存在老空區(qū)，停止注水，通過鉆孔進行放水，如果有老空水流出，進一步證實老空區(qū)的存在；如果注水過程中流量表示數(shù)變化不大，壓力表示數(shù)保持不變，表明前方為實體煤，不存在老空區(qū)；
[0013](6)老空區(qū)放水:當(dāng)探測到存在老空水時，卸去注水設(shè)備，將注水管作為放水管，打開閥門，將鉆孔內(nèi)的老空水排出。
[0014]進一步的，步驟(2)中距鉆孔開口處后端30m位置封孔。
[0015]進一步的，步驟(2)中封孔采用化學(xué)漿液、水泥漿加水玻璃或采用物理方法封孔。
[0016]進一步的，步驟(3)中注水壓力不小于5MPa。
[0017]進一步的，步驟(3)中注水設(shè)備為高壓水泵。
[0018]進一步的，步驟(4)中流量表和壓力表要同時觀測。
[0019]本發(fā)明的壓裂原理是:利用注水設(shè)備向鉆孔內(nèi)注入高壓水流，高壓水滲入到煤層中，當(dāng)煤層中存在老空區(qū)時，由于老空水的壓力遠低于高壓水，高壓水突破煤柱，大量流入老空區(qū)內(nèi)，導(dǎo)致注水管上流量表示數(shù)突然增大，壓力表示數(shù)迅速減?。划?dāng)煤層中無老空區(qū)存在時，高壓水在實體煤中只能緩慢滲透，此時注水過程中流量表示數(shù)變化不大，壓力表示數(shù)保持不變。
[0020]采用本發(fā)明的方法在礦井中探測老空區(qū)不會產(chǎn)生遺漏，避免井下施工作業(yè)存在安全隱患，探測過程快捷有效，能及時有效的將老空水排出，切實保證井下施工作業(yè)的安全。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]圖1為本發(fā)明的工藝流程圖。

【具體實施方式】
[0022]下面結(jié)合附圖及實施例對本發(fā)明作進一步說明。
[0023]實施例一
[0024]按照圖1所示的工藝流程，在山西襄垣晉平煤礦進行采掘作業(yè)時，采用本發(fā)明的方法進行老空區(qū)探測作業(yè)，具體包括以下幾個步驟:
[0025](1)在晉平煤礦715回風(fēng)巷道迎頭按巷道將掘進的方向(方位角185° )，施工一個鉆孔，鉆孔深度為120m，鉆孔傾角與煤層平行，角度為5° ；
[0026](2)鉆孔完成后在孔中預(yù)留一注水管，注水管長度為70m，然后在距鉆孔開口處后端約30m位置用水泥水玻璃注漿封孔，使水管固定在鉆孔內(nèi)，確保向鉆孔內(nèi)注入高壓水時，不會在鉆孔開口處發(fā)生滲漏，影響對老空區(qū)的判斷；
[0027](3)將注水管接上閥門、流量表和壓力表，然后接上高壓水泵，打開水泵向鉆孔內(nèi)注水，根據(jù)715回風(fēng)巷道中煤層的強度和地應(yīng)力的大小，最終選擇注水壓力為8MPa，鉆孔內(nèi)水流與老空水間存在壓力差，此時若煤層中鉆孔內(nèi)水滲透至老空區(qū)，由于水壓差的存在，使煤層中產(chǎn)生裂縫，鉆孔內(nèi)水流大量涌入老空區(qū)，通過注水管上流量表、壓力表的示數(shù)變化，準確有效的判定老空區(qū)的存在；
[0028](4)注水過程中觀察流量表和壓力表的示數(shù)變化，繪制相應(yīng)的時間-流量、時間-壓力曲線圖，流量表和壓力表要同時觀測，只有當(dāng)流量表快速增加、壓力表示數(shù)快速降低，在曲線圖上表現(xiàn)為切線斜率發(fā)生明顯變化(當(dāng)流量表、壓力表示數(shù)穩(wěn)定時，曲線的切線斜率無變化)，才表明鉆孔附近存在老空區(qū)，探測結(jié)果更精確，有效保障井下作業(yè)安全；
[0029](5)采掘施工作業(yè)時，在晉平礦715回風(fēng)巷道中先后進行了 4次鉆孔探測，前3個鉆孔注水過程中流量表示數(shù)變化不大，壓力表示數(shù)保持不變，表明鉆孔附近為實體煤，不存在老空區(qū)，可以正常進行采掘作業(yè)，沒有影響工期，第4個鉆孔注水時流量表示數(shù)突然增大，同時壓力表示數(shù)突然減小，表明前方存在老空區(qū)；
[0030](6)由于第4個鉆孔探測存在老空區(qū)，于是采取應(yīng)對措施，卸去注水管上的高壓水泵，將注水管作為放水管，打開閥門，將鉆孔內(nèi)的老空水排出，后續(xù)施工中，果然發(fā)現(xiàn)了老空區(qū)，由于提前采取了有效的排水預(yù)防措施，沒有發(fā)生人員傷亡，也沒有耽誤采掘作業(yè)。
[0031]實施例二
[0032]采用本發(fā)明的探測方法，在襄垣晉平煤礦625回風(fēng)巷道進行探測作業(yè)，施工步驟為，
[0033](1)在晉平煤礦625回風(fēng)巷道迎頭按巷道將掘進的方向(方位角185° )，施工一個鉆孔，鉆孔深度為100m，鉆孔傾角與煤層平行，角度為5° ；
[0034](2)鉆孔完成后在孔中預(yù)留一注水管，注水管長度為50m，然后在距鉆孔開口處后端25m位置用化學(xué)漿液注漿封孔，使水管固定在鉆孔內(nèi)，確保向鉆孔內(nèi)注入高壓水時，不會在鉆孔開口處發(fā)生滲漏，影響對老空區(qū)的判斷；
[0035](3)將注水管接上閥門、流量表和壓力表，然后接上高壓水泵，打開水泵向鉆孔內(nèi)注水，根據(jù)煤礦中625回風(fēng)巷道內(nèi)煤層的強度和地應(yīng)力的大小，最終選擇注水壓力為5MPa ；
[0036](4)該步驟同實施例一中操作一致；
[0037](5)采掘施工作業(yè)時，在晉平礦625回風(fēng)巷道中先后進行了 3次鉆孔探測，第1、3個鉆孔注水過程中流量表示數(shù)變化不大，壓力表示數(shù)保持不變，表明鉆孔前方為實體煤，不存在老空區(qū)，因此正常進行采掘作業(yè)，沒有影響工期，第2個鉆孔注水時流量表示數(shù)突然增大，同時壓力表示數(shù)突然減小，表明前方存在老空區(qū)；
[0038](6)由于第2個鉆孔探測存在老空區(qū)，于是采取緊急應(yīng)對措施，卸去注水管上的高壓水泵，將注水管作為放水管，打開閥門，將鉆孔內(nèi)的老空水排除，后續(xù)采掘施工至該段時，果然發(fā)現(xiàn)了廢棄的老空巷道，由于提前采取了有效的排水預(yù)防措施，沒有發(fā)生老空水突水導(dǎo)致的人員傷亡，也沒有耽誤采掘作業(yè)。
[0039]實施例三
[0040]在襄垣晉平煤礦502回風(fēng)巷道進行探測施工作業(yè)，施工步驟為，
[0041](1)在502回風(fēng)巷道迎頭按巷道將掘進的方向(方位角185° )，施工一個鉆孔，鉆孔深度為150m，鉆孔傾角與煤層平行，角度為5° ；
[0042](2)鉆孔完成后在孔中預(yù)留一注水管，注水管長度為90m，然后在距鉆孔開口處后端35m位置用物理方法注漿封孔，使水管固定在鉆孔內(nèi)，確保向鉆孔內(nèi)注入高壓水時，不會在鉆孔開口處發(fā)生滲漏，影響對老空區(qū)的判斷；
[0043](3)將注水管接上閥門、流量表和壓力表，然后接上高壓水泵，打開水泵向鉆孔內(nèi)注水，根據(jù)煤礦中502回風(fēng)巷道內(nèi)煤層的強度和地應(yīng)力的大小，最終選擇該巷道內(nèi)注水壓力為lOMPa ；
[0044](4)該步驟同實施例一中操作一致；
[0045](5)采掘施工時，由于502回風(fēng)巷道地勢結(jié)構(gòu)復(fù)雜，為了保證施工安全，先后進行了 5次鉆孔探測，第1、2、4個鉆孔注水過程中流量表示數(shù)變化不大，壓力表示數(shù)保持不變，表明前方為實體煤，不存在老空區(qū)，因此在該鉆孔附近可以正常進行采掘作業(yè)，沒有因為探測老空區(qū)影響采掘工期，也沒有遺留安全隱患，第3、5個鉆孔注水時流量表示數(shù)突然增大，同時壓力表示數(shù)突然減小，表明鉆孔附近存在老空區(qū)；
[0046](6)對于施工中發(fā)現(xiàn)的第3、5鉆孔附近存在老空區(qū)，工程人員采取緊急應(yīng)對措施，卸去注水管上的高壓水泵，將注水管作為放水管，打開閥門，將鉆孔內(nèi)的老空水排出，后續(xù)采掘施工至該段時，果然分別發(fā)現(xiàn)了廢棄的煤礦采空區(qū)、巷道，由于提前采取了有效的排水預(yù)防措施，沒有發(fā)生人員傷亡，也沒有耽誤采掘作業(yè)。
【權(quán)利要求】
1.一種基于壓裂原理的老空區(qū)探測方法，其特征在于，包括以下步驟， (1)施工鉆孔:在巷道迎頭按巷道將掘進的方向施工一個鉆孔，鉆孔深度不小于100m，鉆孔傾角與煤層平行； (2)鉆孔孔口端封孔:在已施工好的鉆孔中預(yù)留一注水管，注水管長度不小于50m，然后在距鉆孔開口處后端25-35m位置封孔； (3)向鉆孔內(nèi)高壓注水:將注水管接上閥門、流量表和壓力表，然后接上注水設(shè)備，打開注水設(shè)備向鉆孔內(nèi)注水，具體壓力數(shù)值根據(jù)煤層的強度和地應(yīng)力的大小確定； (4)觀測水流量、壓力變化:注水過程中觀察流量表和壓力表的示數(shù)變化，繪制相應(yīng)的曲線圖； (5)判定是否有老空區(qū):如果流量表示數(shù)突然增大，同時壓力表示數(shù)突然減小，表明前方存在老空區(qū)，停止注水，通過鉆孔進行放水，如果有老空水流出，進一步證實老空區(qū)的存在；如果注水過程中流量表示數(shù)變化不大，壓力表示數(shù)保持不變，表明前方為實體煤，不存在老空區(qū)； (6)老空區(qū)放水:當(dāng)探測到存在老空水時，卸去注水設(shè)備，將注水管作為放水管，打開閥門，將鉆孔內(nèi)的老空水排出。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于壓裂原理的老空區(qū)探測方法，其特征在于:所述步驟(2)中距鉆孔開口處后端30m位置封孔。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一種基于壓裂原理的老空區(qū)探測方法，其特征在于:所述步驟(2)中封孔采用化學(xué)漿液、水泥漿加水玻璃或采用物理方法封孔。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于壓裂原理的老空區(qū)探測方法，其特征在于:所述步驟(3)中注水壓力不小于5MPa。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于壓裂原理的老空區(qū)探測方法，其特征在于:所述步驟(3)中注水設(shè)備為高壓水泵。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于壓裂原理的老空區(qū)探測方法，其特征在于:所述步驟(4)中流量表和壓力表要同時觀測。
【文檔編號】E21F16/00GK104358558SQ201410454295
【公開日】2015年2月18日 申請日期:2014年9月5日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月5日
【發(fā)明者】許進鵬 申請人:許進鵬