[发明专利]一种采动覆岩运动规律原位观测钻孔布置方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种观测钻孔布置方法，尤其适用于一种采矿工程领域使用的采动覆岩运动规律原位观测钻孔布置方法。

背景技术

伴随着地下煤炭资源的采出，采动空间围岩同时产生一定程度的变形及破坏，采动岩体损害突出变现为诱发部分矿井灾害事故及对环境的影响。如：①危及井下工作人员的安全及设备的正常运行，如顶板冒落，矿井突水；②采动裂隙引发地下水资源流失，在干旱地区更为显著，加剧土体沙化；③开采沉陷破坏地表建(构)筑物。上述所有的下自采场矿压、中至裂隙发育、上到地表沉陷的危害均与采动覆岩运动紧密相关，因此，掌握整个采动覆岩的运动规律是解决采动岩体损害问题的关键所在，对于实现科学采矿具有重要意义。

现有的关于采动覆岩运动规律的实测研究多采用在地面钻孔内布置岩层测点方法，测点固定于某一岩层，当该岩层发生运动时，固定于此的测点发生同步运动，同时地面固定装置感知测点相对位置的变化，借此实现岩层运动的实时监测。然而传统方法中地面钻孔的布置存在一定的盲目性和随意性，且钻孔施工数量多，同时周期长，费用高昂，孔内还会出现多个测点相互影响，严重时甚至造成钻孔报废的现象，严重浪费工程时间和工程经费。

发明内容

技术问题：针对上述技术问题，提供一种步骤简单，施工量小，钻孔数需要少，效果好的采动覆岩运动规律原位观测钻孔布置方法。

技术方案：本发明的采动覆岩运动规律原位观测钻孔布置方法，步骤如下：

a.收集开采区域地质信息，获取该区域地层全柱状，利用岩层运动的关键层理论，获取覆岩全柱状中覆岩关键层位置和相关参数，计算获得覆岩关键层极限跨距l_i、初次破断距L_i、周期破断距L_i'；

b.在开采区工作面初采期布置初采期观测钻孔：沿工作面倾向的中部依次布置多组初采期观测钻孔组，每组初采期观测钻孔组间距应小于覆岩主关键层破断距的一半；所述初采期观测钻孔组包括初采期岩层运动原位观测钻孔Ⅰ、初采期岩层运动原位观测钻孔Ⅱ和1个初采期钻孔电视观测钻孔，根据覆岩各关键层初次破断距L_i，布置的初采期岩层运动原位观测钻孔Ⅰ、初采期岩层运动原位观测钻孔Ⅱ与工作面切眼间距分别为a、b，初采期钻孔电视观测钻孔与工作面切眼间距分别为b；初采期岩层运动原位观测钻孔Ⅱ与初采期钻孔电视观测钻孔的倾向间距为c；

c.在开采区工作面覆岩周期破断期布置破断期观测钻孔；沿工作面倾向的中部依次布置破断期观测钻孔组，每组破断期观测钻孔组间距大于覆岩主关键层周期破断距；所述破断期钻孔组包括破断期岩层运动原位观测钻孔Ⅰ、破断期岩层运动原位观测钻孔Ⅱ和1个破断期钻孔电视观测钻孔，通过覆岩各关键层周期破断距L_i'，布置的破断期岩层运动原位观测钻孔Ⅰ、破断期岩层运动原位观测钻孔Ⅱ与工作面切眼距离分别为d，e，破断期钻孔电视观测钻孔与工作面切眼间距分别为e，破断期岩层运动原位观测钻孔与破断期钻孔电视观测钻孔倾向间距为f。

所述初采期岩层运动原位观测钻孔Ⅰ、初采期岩层运动原位观测钻孔Ⅱ、初采期钻孔电视观测钻孔、破断期岩层运动原位观测钻孔Ⅰ、破断期岩层运动原位观测钻孔Ⅱ和破断期钻孔电视观测钻孔的钻孔深度均以覆岩第1层亚关键层为准，直至钻进覆岩第1层亚关键层底界面为止；

为避免所有钻孔受到工作面回采的超前影响而出现孔内错断、孔壁坍塌进而造成堵孔的现象，所有钻孔施工工作应超前工作面200m左右完成，并保证所有钻孔在岩层移动监测设备安装之前完好；

利用公式：计算覆岩关键层极限跨距l_i；利用公式：计算覆岩关键层初次破断距L_i；利用公式计算覆岩关键层周期破断距L_i′；式中：i取值为i＝1、2、3、4，即分别表示亚关键层1、亚关键层2、亚关键层3、主关键层MKS，R_t为覆岩关键层岩性抗拉强度，q_i为覆岩关键层载荷量，h_i为覆岩关键层厚度，Σh_i为覆岩关键层距煤层顶板距离；

所述工作面覆岩初采期布置的初采期观测钻孔与工作面切眼距离a满足L₁＜a＜L₂；初采期观测钻孔与切眼距离为b，b满足L₃＜b＜L₄，且初采期观测钻孔与初采期观测钻孔的钻孔间距为Δ，Δ＝b-a＜L₄/2；初采期钻孔电视观测钻孔与初采期观测钻孔间距c＝10m～20m；