[发明专利]一种预测导水裂隙带发育高度的系统及方法

说明书

本发明公开了一种预测导水裂隙带发育高度的系统，包括支架系统、固定在支架系统上的岩层模拟系统、供水系统及蓄水系统；岩层模拟系统包括含水层、隔水层；供水系统与含水层连接，供水系统预先装入含有不同特征同位素的水；蓄水系统设置于岩层模拟系统底部。通过按比例搭建岩层模拟系统，对不同含水层水的有效标识，测试蓄水系统中标识同位素的千差偏分值，预测导水裂隙带发育高度，克服了传统现场实测方法的不足，可适用于不同岩层情况，能为导水裂隙带发育高度预测提供更为准确的依据。

技术领域

本发明涉及矿井防治突水、覆岩裂隙预测领域，具体涉及一种预测导水裂隙带发育高度的系统及方法。

背景技术

煤层采出后，煤矿上部覆岩由于受开采影响而产生应力重分布，致使上部岩层发生变形、破坏，从采空区向上分成三个不同的特征带：垮落带、裂隙带和弯曲下沉带，其中垮落带与裂隙带是水的良好通道。当煤层上方具有富含水层时，覆岩裂隙是否贯通该含水层直接决定着工作面的安全，准确掌握覆岩裂隙导通性是判断矿井突水发生条件、进行矿井突水预测和制定矿井水害防治对策的重要理论基础。目前预测导水裂隙带发育高度多使用现场实测，其观测结果仅通过某几个点的观测结果反应整个覆岩裂隙发育情况，且仅适用于当前矿井。

发明内容

为解决现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种预测导水裂隙带发育高度的系统及方法。

为实现上述目的，本发明提供的预测导水裂隙带发育高度的系统，包括支架系统、岩层模拟系统、供水系统及蓄水系统四部分。

首先根据现场实际岩层情况，通过钻孔勘探明确工作面覆岩所有含水层的层数和相对位置，按比例搭建岩层模拟系统，各含水层、隔水层等按序编号标记；支架系统前侧装有12 mm 厚的有机玻璃板，有机玻璃板与支架系统之间、岩层模拟系统与支架系统之间均利用橡胶密封圈密封均利用橡胶密封圈实现高水压密封，采用自动锁紧装置固定；上下相邻有机玻璃板采用密封胶进行密封。

供水系统包括供水箱；供水箱设有入水口、出水口；出水口处设有水压泵；供水系统通过滑动轮轨置于支架系统侧面，可根据含水层位置进行调整。供水箱内通过入水口预先装入含有不同特征同位素的水，具体可选择的标识同位素包括²³Na₂¹³C¹⁶O₃、²³Na₂³⁴S¹⁶O₄、²³Na³⁷Cl和⁸⁷Sr³⁵Cl₂。

蓄水系统包括放水管、蓄水箱、导水板及控制阀，导水板上设有两排间隔为5cm导水孔；蓄水系统通过滑动轮轨置于支架系统底部，通过导水板与岩层模拟系统分隔。

本发明提供的预测导水裂隙带发育高度的方法包括以下步骤：

S1：根据现场实际岩层情况，通过钻孔勘探明确工作面覆岩所有含水层的层数和相对位置，采用沙子、石膏、CaCO₃等原料，按比例搭建岩层模拟系统，各含水层、隔水层等按序编号标记。

S2：将供水系统按岩层对应位置置于支架系统侧面，在供水箱中加入含有不同特征同位素的水，通过供水系统中的水压泵，将含不同同位素的水分别流入各个含水层；特征同位素只存在于它所对应的那层含水层，而不存在于覆岩其他含水层。

S3：实际工作面每推进30-50 m，根据比例反应到模型上，煤层开挖后，工作面的水排至蓄水箱，采集一次蓄水系统的水样进行稳定同位素测试；随着工作面的推进，不断对水样进行测试，记录工作面推进过程中水样同位素的含量，结合含水层与涌水点的稳定同位素特征判定各涌水点的涌水来源。