本發(fā)明涉及一種覆巖導(dǎo)水裂隙帶高度探測(cè)方法，尤其涉及一種基于應(yīng)力監(jiān)測(cè)的采動(dòng)覆巖導(dǎo)水裂隙帶高度探測(cè)方法。
背景技術(shù)：
：煤礦開(kāi)采所引起的覆巖彎曲沉降、裂隙擴(kuò)展及斷裂垮落是煤礦頂板透水、潰砂和地表塌陷等事故和災(zāi)害發(fā)生的根本原因。采場(chǎng)上覆巖層導(dǎo)水裂隙帶的發(fā)育高度是反映覆巖破壞程度、運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和應(yīng)力狀態(tài)的關(guān)鍵性因素，因此獲得采場(chǎng)上覆巖層導(dǎo)水裂隙帶的發(fā)育高度對(duì)于頂板水害防治和地表塌陷控制，保護(hù)地面環(huán)境，保障煤礦安全生產(chǎn)具有重要意義?，F(xiàn)有比較有效的采動(dòng)覆巖導(dǎo)水裂隙帶高度探測(cè)手段主要有鉆孔沖洗液漏失量法、鉆孔電視法以及電法或磁法探測(cè)等。在實(shí)際探測(cè)過(guò)程中，鉆孔沖洗液漏失量法和鉆孔電視法均需布設(shè)鉆孔，鉆孔成本高、周期長(zhǎng)，且鉆孔是在破裂巖體中施工，塌孔、卡鉆時(shí)有發(fā)生，施工難度大。鉆孔電視法只能在井內(nèi)無(wú)液或井液透明且沒(méi)有套管的鉆孔中使用，應(yīng)用局限性較大。電法雖然施工簡(jiǎn)單，費(fèi)用較低。但是，由于存在一定的多解性，需要進(jìn)一步加強(qiáng)定量模型的研究，以進(jìn)行篩選校驗(yàn)。磁法易受其他電磁場(chǎng)干擾，垂直分辨效果差，不具備動(dòng)態(tài)效應(yīng)，適用范圍也較小。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：本發(fā)明的目的是，提供一種操作簡(jiǎn)便快捷、探測(cè)成本低，探測(cè)結(jié)果精度高的基于應(yīng)力監(jiān)測(cè)的采動(dòng)覆巖導(dǎo)水裂隙帶高度探測(cè)方法。本發(fā)明為實(shí)現(xiàn)上述目的所采用的技術(shù)方案是，一種基于應(yīng)力監(jiān)測(cè)的采動(dòng)覆巖導(dǎo)水裂隙帶高度探測(cè)方法，其特征在于，包括以下步驟：第一步，依據(jù)煤系地層綜合柱狀圖獲取地層信息，所述地層信息包括工作面上覆各巖層的巖性、厚度和容重基礎(chǔ)數(shù)據(jù)；第二步，按下式(1)計(jì)算出工作面上覆地層的自重應(yīng)力σ0：上式(1)中：σ0：上覆地層的自重應(yīng)力；n：地層編號(hào)，由煤層頂板向地表依次增大；γi：第i層巖層的容重；hi：第i層巖層的厚度；第三步，以采煤工作面走向和傾向中線交叉點(diǎn)為起點(diǎn)，沿工作面傾向方向，在采煤工作面頂板斷裂之前，在煤層底板上，以工作面基本頂周期來(lái)壓步距為間距，埋設(shè)一排壓力傳感器，壓力傳感器數(shù)量至少為3個(gè)，并分別用信號(hào)傳輸線將各壓力傳感器與采集系統(tǒng)進(jìn)行通訊連接；上述各壓力傳感器的規(guī)格型號(hào)相同，各壓力傳感器的量程均按計(jì)算所得的工作面上覆地層的自重應(yīng)力σ0的1.2-1.8倍，取整數(shù)之后進(jìn)行匹配選擇；第四步，隨著工作面向前推進(jìn)，當(dāng)采空區(qū)上方的各巖層在自重應(yīng)力的作用下斷裂直至垮落，垮落的各巖層的重力作用在煤層底板上，經(jīng)由相應(yīng)的各壓力傳感器檢測(cè)并實(shí)時(shí)傳送至數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)；第五步，待采集系統(tǒng)采集到的各壓力傳感器所傳送來(lái)的壓力信號(hào)穩(wěn)定后，找出各壓力傳感器中壓力數(shù)值讀數(shù)最大值σmax，并按下式(2)計(jì)算出覆巖導(dǎo)水裂隙帶的發(fā)育層位m：上式(2)中：m:覆巖導(dǎo)水裂隙帶的發(fā)育層位；γi：第i層巖層的容重；hi：第i層巖層的厚度；第六步，按下式(3)計(jì)算出覆巖導(dǎo)水裂隙帶的發(fā)育高度H：上式(3)中：hi：第i層巖層的厚度。上述技術(shù)方案直接帶來(lái)的技術(shù)效果是，采用簡(jiǎn)單的技術(shù)手段，將采動(dòng)覆巖導(dǎo)水裂隙帶高度探測(cè)這一費(fèi)時(shí)費(fèi)力復(fù)雜的操作過(guò)程，簡(jiǎn)化成應(yīng)力監(jiān)測(cè)(靠傳感器檢測(cè)、獲取壓/應(yīng)力數(shù)據(jù))并依據(jù)應(yīng)力檢測(cè)結(jié)果反推算出具體的采動(dòng)覆巖導(dǎo)水裂隙帶高度位置。即，采用在采煤工作面底板鋪設(shè)壓力傳感器對(duì)斷裂巖層自重應(yīng)力進(jìn)行監(jiān)測(cè)，反推出覆巖導(dǎo)水裂隙帶的發(fā)育層位，進(jìn)而獲得所測(cè)礦井采動(dòng)覆巖導(dǎo)水裂隙帶高度。上述技術(shù)方案，較好地解決了現(xiàn)有導(dǎo)水裂隙帶高度探測(cè)技術(shù)中存在的成本高、工期長(zhǎng)和精確低的技術(shù)難題。不難看出，上述技術(shù)方案具有探測(cè)結(jié)果精度高，所需時(shí)間短、施工快捷、操作簡(jiǎn)便、探測(cè)成本低，具有良好的實(shí)用性。需要說(shuō)明的是，上述技術(shù)方案中，壓力傳感器之所以按照“以采煤工作面走向和傾向中線交叉點(diǎn)為起點(diǎn)，沿工作面傾向方向，在采煤工作面頂板斷裂之前，在煤層底板上，以工作面基本頂周期來(lái)壓步距為間距，成一排埋設(shè)至少3個(gè)壓力傳感器，并分別用信號(hào)傳輸線將各壓力傳感器與采集系統(tǒng)進(jìn)行通訊連接”的原則進(jìn)行布置，而不是僅僅埋設(shè)1個(gè)，這主要是因?yàn)榭紤]到邊界效應(yīng)的影響，可能會(huì)引起煤層頂板的不充分垮落，進(jìn)而導(dǎo)致應(yīng)力監(jiān)測(cè)失效問(wèn)題的出現(xiàn)。實(shí)際操作中，可根據(jù)具體情況，進(jìn)行具體數(shù)量的選擇。即，可以根據(jù)需要在3個(gè)以上的合理范圍內(nèi)進(jìn)行合理選擇。優(yōu)選為，壓力傳感器的量程按計(jì)算所得的工作面上覆地層的自重應(yīng)力σ0的1.5倍，取整數(shù)之后進(jìn)行匹配選擇。該優(yōu)選技術(shù)方案直接帶來(lái)的技術(shù)效果是，我們的經(jīng)驗(yàn)表明，壓力傳感器的量程等于計(jì)算所得的工作面上覆地層的自重應(yīng)力σ0的1.5倍時(shí)，具有更好地技術(shù)經(jīng)濟(jì)性。這是根據(jù)斷裂巖梁與傳感器接觸瞬間對(duì)其的沖擊力、傳感器精度和經(jīng)濟(jì)因素(傳感器量程越大，精度越低；精度越高，價(jià)格越高)進(jìn)行合理選擇的。綜上所述，本發(fā)明相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，具有精度高、簡(jiǎn)單實(shí)用、省時(shí)省力、監(jiān)測(cè)成本低等有益效果。附圖說(shuō)明圖1為本發(fā)明實(shí)施例1的3個(gè)壓力傳感器監(jiān)測(cè)到的壓力示數(shù)變化規(guī)律的曲線圖；圖2為本發(fā)明實(shí)施例1的壓力傳感器布設(shè)的平面結(jié)構(gòu)示意圖。附圖標(biāo)記說(shuō)明：1、采空區(qū)，2、待開(kāi)采的煤體，3、皮帶平巷，4、軌道平巷，5、工作面控頂區(qū)，6、工作面推進(jìn)方向，7、壓力傳感器，8、信號(hào)傳輸線，9、采集系統(tǒng)。具體實(shí)施方式下面結(jié)合附圖和實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。實(shí)施例1以某礦某工作面為例，依據(jù)其煤系地層綜合柱狀圖，獲取到的工作面上覆各巖層的巖性、厚度和容重基礎(chǔ)數(shù)據(jù)，見(jiàn)下表1。采動(dòng)覆巖導(dǎo)水裂隙帶高度探測(cè)方法，步驟如下：1、計(jì)算工作面上覆11個(gè)地層的自重應(yīng)力其中，σ0：上覆地層的自重應(yīng)力；n：地層編號(hào)，由煤層頂板向地表依次增大，共計(jì)11個(gè)；γi：第i層巖層的容重；hi：第i層巖層的厚度。2、考慮斷裂巖梁與傳感器接觸瞬間對(duì)其的沖擊力、傳感器精度和經(jīng)濟(jì)因素，實(shí)際選取自重應(yīng)力的1.5倍為壓力傳感器的量程，即選取的壓力傳感器量程應(yīng)為7.67MPa，由于傳感器量程一般為整數(shù)，因此選用的壓力傳感器量程為8MPa，精度為0.01MPa；3、如圖2所示，工作面的布局情況如下：圖中，左側(cè)為采空區(qū)1，右側(cè)為待開(kāi)采的煤體2，待開(kāi)采的煤體的上方為皮帶平巷3，待開(kāi)采的煤體的下方為軌道平巷4；工作面與采空區(qū)鄰接的位置處為工作面控頂區(qū)5，工作面推進(jìn)方向6從左向右推進(jìn)。在采煤工作面頂板斷裂之前，沿工作面傾向，以采煤工作面走向和傾向中線交叉點(diǎn)為起點(diǎn)，沿工作面傾向方向，在采煤工作面頂板斷裂之前，在煤層底板上，以工作面基本頂周期來(lái)壓步距為間距，等間距埋設(shè)3個(gè)壓力傳感器7，壓力傳感器數(shù)量的編號(hào)分別為1#、2#和3#，并分別用信號(hào)傳輸線8將各壓力傳感器與采集系統(tǒng)9進(jìn)行通訊連接；考慮到工作面基本頂周期來(lái)壓步距為13.6m，壓力傳感器的間距選為14m；用信號(hào)傳輸線將壓力傳感器與采集系統(tǒng)相連，工作面推過(guò)壓力傳感器埋設(shè)位置后，此處采空區(qū)上方的巖層在自重應(yīng)力的作用下會(huì)產(chǎn)生斷裂，斷裂巖層的重力就會(huì)作用在壓力傳感器上，并將引起壓力傳感器示數(shù)的變化，利用采集系統(tǒng)對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)采集，直至采集到的壓力傳感器的示數(shù)基本保持不變，3個(gè)壓力傳感器監(jiān)測(cè)到的示數(shù)變化規(guī)律的曲線圖如圖1所示，具體數(shù)據(jù)見(jiàn)下表2。從圖1中可以看出，壓力傳感器的示數(shù)隨著時(shí)間呈現(xiàn)出先增大后穩(wěn)定的趨勢(shì)。這是由于隨著采煤工作面的向前推進(jìn)，埋設(shè)壓力傳感器位置處的采空區(qū)上方覆巖裂隙逐漸向上發(fā)育，作用在壓力傳感器上的斷裂巖層的高度也隨之增大，從而引起壓力傳感器中壓力示數(shù)的增加；當(dāng)向前推進(jìn)的距離使工作面達(dá)到較充分采動(dòng)的狀態(tài)之后，埋設(shè)壓力傳感器位置處的采空區(qū)上方覆巖裂隙不再向上發(fā)育，作用在壓力傳感器上的斷裂巖層的高度也基本保持不變，壓力傳感器中壓力示數(shù)便呈現(xiàn)出一較穩(wěn)定的狀態(tài)。4、待采集到的壓力傳感器的示數(shù)基本保持不變，選取所采集到的壓力傳感器中壓力示數(shù)最大值σmax＝1.55MPa，使用該最大值作為導(dǎo)水裂隙帶高度的計(jì)算依據(jù)。具體如下：由煤層頂板向地表依次疊加各個(gè)巖層的自重應(yīng)力直至計(jì)算至第9層(即風(fēng)氧化帶)，第9層即為覆巖導(dǎo)水裂隙帶的發(fā)育層位，則第1層至第9層巖層的累計(jì)厚度即為該礦某工作面覆巖導(dǎo)水裂隙帶的發(fā)育高度。煤礦開(kāi)采后，該礦某工作面覆巖導(dǎo)水裂隙帶的發(fā)育高度實(shí)際測(cè)量的數(shù)值為65.85m。結(jié)果表明：本發(fā)明的方法所獲得覆巖導(dǎo)水裂隙帶的發(fā)育高度結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果的誤差約為1％，具有很高的精確度。表1工作面上覆各巖層巖性、厚度和容重統(tǒng)計(jì)表地層編號(hào)地層巖性厚度/m容重/(kg/m3)地層序號(hào)地層巖性厚度/m容重/(kg/m3)3煤614106中粒砂巖6.8625411泥巖7.5825067鋁質(zhì)泥巖3.5822682砂質(zhì)泥巖9.9024378中粒砂巖10.8125713中粒砂巖6.7525689風(fēng)氧化帶9.5817694泥巖6.79237110粘土9.6421805粉砂巖3.29262211第四系1502231表23個(gè)壓力傳感器監(jiān)測(cè)到的示數(shù)變化統(tǒng)計(jì)表說(shuō)明：依據(jù)上述計(jì)算出的該某礦某工作面覆巖導(dǎo)水裂隙帶的發(fā)育高度，可知該工作面的覆巖導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育至風(fēng)氧化帶內(nèi)。該結(jié)論對(duì)于后續(xù)的工作面實(shí)際開(kāi)采作業(yè)的指導(dǎo)意義在于，施工人員將有針對(duì)性地，重點(diǎn)注意，雨季來(lái)臨時(shí)，頂板涌水量的變化情況，以提前做好頂板透水事故的預(yù)防措施。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3