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1、采场底板变形破坏规律观测底板突水类型:构造揭露型突水,断层采动型突水底板破坏型突水其中, 和与采场底板的变形破坏有关。特别是在薄隔水层底板条什下,常常因采动造成底板的变形破坏,从而引发底板突水。采场底板岩层变形破坏观测不仅是要获得底板岩层的变形破坏深度,更重要的是通过对底板岩层变形观测,进一步对底板岩层进行应力计算分析。即:现场实测得到了采场底板位移后,通过位移反分析方法,反求出底板岩层的力学参数(如弹模E等),进而求出底板岩层的应力场。1 采场底板变形破坏探测原理与方法探测方法划分三类:水文地质法:钻孔注(放)水法岩石力学法:钻孔岩移观测法应力测量法物探法:钻孔声波法钻孔成像法一、钻孔注(放
2、)水观测法1 观测原理工作面开采前,向采场底板岩层中钻一定深度的钻孔。在推进过程中测试钻孔推过前后,注(放)水量的变化。钻孔注(放)水量变化反映了底板岩层渗透性或裂隙状况的变化,由钻孔注(放)水量变化即可判断底板岩层的破坏状况。一般,钻孔注(放)水量经历3个阶段:工作面推进到距注水观测钻孔一定距离(30-40m)时,钻孔处的岩层承受超前支承压力作用而压缩,岩层中的原生裂隙逐渐闭合,岩层渗透性降低,钻孔注(放)水量会减少;工作面推过钻孔后 (50-60 m),钻孔处底板岩层处于应力卸压带,底板岩层由于法向弹性变形恢复,整体向上位移,岩层中的原生裂隙重新张开,并进一步扩展、贯通,使岩层渗透性增大,
3、这时钻孔注(放)水量会增大;随采场继续向前推进,采空区顶板岩层下沉,底板垂向应力逐渐恢复,岩层裂隙再次闭合,渗透性降低,钻孔注水量随之减少。采用一定的钻孔布置方案和观测方法,可以观测到不同深度处的底板岩层在开采前后的注(放)水量变化,从而判断底板岩层的开采扰动破坏深度。钻孔注水量:是指人为向钻孔内注入的水量;钻孔放水量:是指当底板某一岩层中含有裂隙水或其它水 源,且有较稳定的涌水量时,涌出孔口的水量。2 观测方法分2种:多孔孔底单段观测法;单孔全长分段观测法。多孔孔底单段观测法在采场底板中布置一组多个钻孔,各钻孔终孔于垂向不同 深度的底板岩层层位。孔底保留2m裸孔,其余段用钢管封孔。通过分别观
4、测每个 钻孔孔底段的渗透性,实现不同深度处岩层渗透性的观测。单孔全长分段观测法关键:双端堵水器。仪器结构:由2个可膨胀收缩的胶囊和1根连接管组成。观测过程:a)先将胶囊处于收缩状态的双端堵水器推入钻孔中的观 测深度位置;b)加压(水或气)使胶囊膨胀封堵钻孔,在钻孔中分隔出 两胶囊之间的观测段;c)接通注水管路,对钻孔密封段(1m)进行注水测试;d)该点测完后,胶囊卸压收缩,把仪器向孔底(或孔口) 推移1m,准备下一段的观测,逐段进行观测。胶囊注水探管胶囊注水孔 2种方法的比较:与多孔单段观测法相比,单孔全长观测法的优点:a)减少了钻孔施工和钢管封孔的工程量;b)适应性强,可在任意角度的仰、俯孔
5、中观测;c)孔内注水段小,注水时间短,提高观测效率;d)可以连续观测,保证了观测结果的连续性。所测结果不是关于点的变化资料,而是观测范围内整个钻孔段的变化资料。3 观测阶段划分实际观测中,一般多采用注水观测。只有当观测层位较深,且离具有稳定涌水量的灰岩距离较近时,才采用放水观测。 注水观测可分为4个阶段:未受开采影响时的采前观测;在开采过程中,超前支承压力作用下底板岩层压缩阶段 的观测;采面推过后,底板岩层卸压膨胀阶段的观测;顶板充分冒落后,底板岩层再压缩阶段的观测。观测周期:根据底板岩层渗透性变化情况,适当调整。变化大时1天观测1次,变化小时可3-5天观测1次。二、钻孔岩移观测法l 观测原理
6、底板应力:超前支承压力区卸压区应力恢复区变形:压缩区膨胀区再压缩区。钻孔岩移观测法,就是在钻孔内不同深度固定测点,用钢丝一端连接孔内测点,另一端引出钻孔孔口。在开采过程中当测点处的岩层发生移动时,在孔口通过测量仪器测出该点岩层与孔口处岩层的相对位移值,就表示测点处的岩层移动变形值。2 观测关键测点固定方式;位移观测仪器;观测系统安装。钻孔内测点固定:a)压缩木法; b) 钢卡法。压缩木法:实用可靠,测点固定牢固,使用寿命较长, 成本低。但制作较复杂。位移观测仪器: a)钢尺量测法; b)机械式多点位移计量测法。钢尺量测法:比较简单,在孔口外钢丝端系上重锤,用钢尺量测孔口点与重锤的相对距离即可。
7、但精度较低。多点位移计量测法:是一种专门用于钻孔位移测量的仪器,精度达0.01mm。观测系统安装:即测点固定,要求:a)测点固定位置准确,固定可靠;b)各测点钢丝编号清晰,避免混淆 。3 观测资料的应用钻孔注(放)水资料可得到底板破坏深度;而钻孔岩移观测,获得的仅是底板岩层的位移值,它反映了岩层的变形信息,不能直接用于判断底板岩层的破坏深度,但可通过底板位移反分析,得到底板岩层的力学参数。三、应力测量法初始地应力测量,主要有:水压致裂法;应力解除法;应力恢复法。附加地应力测量,如采场超前支承压力,采用油压枕或钢弦式压力盒。四、钻孔声波法原理:声波仪的发射探头发出高频的声波或超声波,声 波作为一种机械振动波通过岩体传播,经过一段时间后再由 接收探头接收。穿过岩体的声波波速与岩体力学性质、应力状态、结构 状况等密切相关。由于岩体中一般存在节理、裂隙,声波的传播将会受到 这些非连续面的影响,波速降低,能量衰减。根据采场底板岩层声波传播速度在开采前后的变化,可 判断出采场底板的开采扰动破坏深度。在均匀弹性介质中波(纵波)的传播速度为:式中:E弹性模量;泊松比;介质密度。