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1、10申请公布号43申请公布日21申请号201410506153322申请日20140928E21B49/00200601E21B47/00201201E21F7/0020060171申请人河南理工大学地址454000河南省焦作市高新区世纪大道2001号72发明人杨明高建良张学博侯三中王晓楠郭飞鹏高志扬74专利代理机构北京科亿知识产权代理事务所普通合伙11350代理人汤东凤54发明名称一种基于高位钻孔流量的测试采场覆岩竖三带高度方法57摘要本发明公开了一种基于高位钻孔流量的测试采场覆岩竖三带高度方法，从工作面煤巷实体煤向采空区侧卸压区域施工走向斜交高位钻孔，利用走向斜交高位钻孔的抽采数据判定和测。
2、试采场覆岩冒落带、导水裂隙带高度，测试成本较低、操作简单、结果可靠。本发明充分利用了煤矿现有的技术装备和条件，采用高位钻孔的流量变化，简单、快捷的测定出采场覆岩竖三带高度。51INTCL19中华人民共和国国家知识产权局12发明专利申请权利要求书1页说明书5页附图4页10申请公布号CN104405372A43申请公布日20150311CN104405372A1/1页21一种基于高位钻孔流量的测试采场覆岩竖三带高度方法，其特征在于，该基于高位钻孔流量的测试采场覆岩竖三带高度方法为，在回采工作面前方煤巷向采空区方向煤岩实体内施工走向斜交高位钻孔，利用走向斜交高位钻孔的抽采数据判定和测试采场覆岩冒落带。
3、、导水裂隙带高度。2如权利要求1所述的基于高位钻孔流量的测试采场覆岩竖三带高度方法，其特征在于，该基于高位钻孔流量的测试采场覆岩竖三带高度方法具体包括以下步骤步骤一，在回风巷内沿工作面走向向采空区侧布置迎面走向斜交高位钻孔，钻孔高度约为1315倍采煤高度，钻孔封孔后接入矿井抽采系统；步骤二，随着工作面的推进及采空区域覆岩冒落，钻孔必将由原岩区域逐渐进入覆岩裂隙带发育区，最后进入冒落带区域，钻孔位于不同区域时，抽采纯量不同，具体为钻孔由原岩区域进入裂隙带时，抽采纯量存在明显的突然增加现象，并在裂隙带内保持较高的抽采纯量，当钻孔从裂隙带进入冒落带时，抽采纯量将突然减小，并在冒落带内保持低的抽采纯量。
4、；步骤三，根据步骤二所述的高位钻孔抽采纯量变化特征及相对应的钻孔高度情况，确定覆岩裂隙带或冒落带高度。3如权利要求2所述的基于高位钻孔流量的测试采场覆岩竖三带高度方法，其特征在于，在步骤二中，当高位钻孔位于原岩区域时，钻孔抽采浓度和纯量均很低；当钻孔进入裂隙带时，抽采浓度和纯量均较高；当钻孔位于冒落带时，抽采浓度和纯量均较低。权利要求书CN104405372A1/5页3一种基于高位钻孔流量的测试采场覆岩竖三带高度方法技术领域0001本发明属于矿井采场覆岩竖三带高度计算技术领域，尤其涉及一种基于高位斜交钻孔流量的测试采场覆岩竖三带高度方法。背景技术0002我国90以上的井工开采矿井均有瓦斯涌出，。
5、由于受采空区瓦斯涌出的影响，工作面上隅角瓦斯超限时有发生，为有效解决采空区瓦斯涌出问题，多数矿井均采用采空区卸压瓦斯抽采技术，一般情况下，覆岩裂隙带范围内是采空区内高浓度瓦斯的富集区域，对水体下采煤技术而言，煤层采动后导水裂隙带高度是判定煤层是否可采及确定开采厚度主要技术指标，同时覆岩的垮落及裂隙发育高度也是决定采场支护类型及设备的重要依据，因此准确掌握采场覆岩竖三带高度，对合理地确定开采上限、缩小防水煤柱、充分回收煤炭资源，合理选择工作面支护方式、设备，合理确定采空区卸压瓦斯钻孔位置及抽采周期等具有重要意义。0003现有技术方案0004目前煤矿企业大多按照以下经验公式进行计算0005冒落带高。
6、度计算公式为0006A开采单一煤层时，冒落带计算公式00070008式中M煤层开采厚度，M；W垮落过程中顶板的下沉值；矿体倾角，；HM冒落带高度，M；K为岩石破碎系数，一般为110140；0009B厚煤层分层开采时，冒落带计算公式为0010坚硬岩层压4080MPA0011中硬岩层压2040MPA0012软弱岩层压1020MPA0013极软弱岩层压10MPA0014式中HM冒落带高度，M；M煤层开采厚度，M；0015裂隙带计算公式0016坚硬岩层压4080MPA说明书CN104405372A2/5页40017中硬岩层压2040MPA0018软弱岩层压1020MPA0019极软弱岩层压10MPA0。
7、020式中HLI裂隙带高度，M；M煤层开采厚度，M；0021该经验公式是在大量统计数据的基础上回归拟合得出的，各煤矿企业能结合开采煤岩层赋存条件简单、快捷的计算出冒落带和裂隙带高度，对煤矿企业具有一定的指导意义。0022目前应用于井下测试且较为实用的方法为钻孔注水实验法，即实施地面或井下钻孔，采用钻孔双端封堵并注入高压水，通过测漏装置测试水压变化判定导水裂隙带高度。0023目前还有高密度电阻率法、超声成像法、声波CT层析成像法、数值模拟分析法等方法，用于测试和研究采场覆岩竖三带高度。0024综上，目前主要通过经验公式计算、现场测试和数值模拟等方法确定采场覆岩竖三带高度，这些方法主要存在以下不足。
8、00251经验公式法是基于15年前的煤矿开采装备和技术水平下提出的计算方法，目前随着煤矿开采技术的发展，尤其是大采高一次采全高技术的应用，各矿井开采技术条件、覆岩地层情况、岩性参数等均不相同，该公式已不能满足当前采煤技术的需要，经验公式的计算结果明显偏小，存在一定的局限性。00262现场实测采场覆岩竖三带高度的方法主要有钻孔注水试验法、高密度电阻率法、超声成像法、声波CT层析成像法等，这些方法存在设备多，设备昂贵、操作复杂、成本较高、影响因素较多等缺点，仅限于科学研究时采用，较难在煤矿企业推广应用。00273数值模拟法对井下覆岩及开采技术条件进行了大量简化，人为干预因素较多，得出结果可靠性较差。
9、，难以用于指导生产。发明内容0028本发明实施例的目的在于提供一种基于高位钻孔流量的测试采场覆岩竖三带高度方法，旨在解决现有的计算采场覆岩竖三带高度存在的操作复杂，测试成本较高，使用具有局限性的问题。0029本发明实施例是这样实现的，一种基于高位钻孔流量的测试采场覆岩竖三带高度方法，该基于高位钻孔流量的测试采场覆岩竖三带高度方法从工作面煤巷实体煤向采空区方向煤岩实体内施工走向斜交高位钻孔，利用走向斜交高位钻孔的抽采数据判定和测试采场覆岩冒落带、导水裂隙带高度。0030进一步，该基于高位钻孔流量的测试采场覆岩竖三带高度方法具体包括以下步骤0031步骤一，在回风巷内向采空区方向煤岩实体内施工走向斜。
10、交高位钻孔，钻孔高度约为1315倍采煤高度，钻孔封孔后接入矿井抽采系统；说明书CN104405372A3/5页50032步骤二，随着工作面的推进，钻孔必将由原岩区域逐渐进入覆岩裂隙带发育区，最后进入冒落带区域，钻孔位于不同区域时，抽采纯量不同；0033步骤三，可根据步骤二所述的高位钻孔抽采纯量呈现明显变化特征时相对应的钻孔高度情况，确定覆岩裂隙带或冒落带高度。0034进一步，在步骤二中，当位于原岩区域时，钻孔抽采流量和浓度均很低；当钻孔由原岩区域进入裂隙带时，其抽采纯量存在明显的突然增加现象，并在裂隙带内保持较高的抽采纯量，当钻孔从裂隙带进入冒落带时，其抽采纯量将突然减小，并在冒落带内保持低的。
11、抽采纯量。0035本发明提供的基于高位钻孔流量的测试采场覆岩竖三带高度方法，从工作面煤巷实体煤向采空区侧卸压区域施工走向斜交高位钻孔，利用走向斜交高位钻孔的抽采数据判定和测试采场覆岩冒落带、导水裂隙带高度，测试成本较低、操作简单、结果可靠。本发明充分利用了煤矿现有的技术装备和条件，采用高位钻孔的流量变化，简单、快捷的测定出采场覆岩竖三带高度，较好地解决了现有的计算采场覆岩竖三带高度存在的操作复杂，测试成本较高，使用具有局限性的问题。附图说明0036图1是本发明实施例提供的基于高位钻孔流量的测试采场覆岩竖三带高度方法流程图；0037图2是本发明实施例提供的沿工作面走向的高位钻孔布置示意图；003。
12、8图3是本发明实施例提供的钻孔流量法测定覆岩“竖三带”高度原理示意图；0039图中A钻孔未进入裂隙发育区钻孔抽采纯量较低；0040B钻孔开始进入裂隙发育区钻孔抽采纯量突然增高；0041C钻孔完全进入裂隙发育区抽采纯量保持较大；0042D钻孔进入冒落带抽采纯量突然降低；0043图4是本发明实施例提供的测试的典型钻孔的抽采流量、浓度及负压随着工作面推进的变化情况示意图；0044图5是本发明实施例提供的试验期间测试的2个典型钻孔抽采纯量随着工作面推进的变化情况示意图。具体实施方式0045为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的。
13、具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。0046下面结合附图及具体实施例对本发明的应用原理作进一步描述。0047如图1所示，本发明实施例的基于高位钻孔流量的测试采场覆岩竖三带高度方法包括以下步骤0048S101在回风巷内向采空区方向煤岩实体内施工走向斜交高位钻孔；0049S102随着工作面的推进，钻孔将由原岩区域逐渐进入覆岩裂隙带发育区，最后进入冒落带区域，钻孔位于不同区域时，抽采纯量不同；说明书CN104405372A4/5页60050S103可根据钻孔抽采纯量的变化情况、工作面与钻孔相对位置情况，确定覆岩裂隙带或冒落带高度；0051在步骤S102中，即当位于原岩区域时，钻孔抽采流。
14、量和浓度均很低；当钻孔由原岩区域进入裂隙带时，其抽采纯量存在明显的突然增加现象，并在裂隙带内保持较高的抽采纯量，当钻孔从裂隙带进入冒落带时，其抽采纯量将突然减小，并在冒落带内保持低的抽采纯量。0052本发明的工作原理高位钻孔流量法技术原理是，在回风巷内沿工作面走向向采空区侧布置迎面斜交高位钻孔，如图2所示；0053在图2中，随着工作面的推进，钻孔必将由原岩区域逐渐进入覆岩裂隙带发育区，最后进入冒落带区域。钻孔位于不同区域时，其抽采浓度和抽采混量均不相同。即如图3A所示，当钻孔位于实体煤岩区域时，钻孔周围孔隙及裂隙不发育，钻孔抽采纯量较低；如图3B、C所示，当钻孔由原岩区域进入裂隙带时，其抽采纯。
15、量存在明显的突然增加现象，并在裂隙带内保持较高的抽采纯量；如图3D所示，当钻孔从裂隙带进入冒落带时，由于孔内漏风及堵孔等因素影响，钻孔抽采纯量将突然减小，并在冒落带内保持低的抽采纯量，钻孔在整个抽采期间的流量变化情况如图4所示，可根据钻孔抽采纯量的变化情况、工作面与钻孔相对位置情况，确定图3中A点及B点高度，即为覆岩裂隙带及冒落带高度。0054通过以下试验对本发明的应用效果做补充说明0055表1为某工作面试验测试的2个典型钻孔随着工作面推进的抽采纯量数据，图5为试验钻孔不同钻孔垂高时的抽采纯量变化趋势。从图5中可以看出，抽采纯量有明显的突增和锐减阶段，即1号试验钻孔在垂高662M、2号钻孔验钻。
16、孔在垂高627M时，抽采纯量明显突然增大，表明钻孔进入裂隙带；当1号试验钻孔在垂高77M、2号钻孔验钻孔在垂高109M时，抽采纯量明显突然减小，表明钻孔进入冒落带；据此可判断该工作面的冒落带最大高度为11M左右，裂隙带最大高度为66M左右。0056表12个典型钻孔随着工作面推进的抽采纯量数据0057说明书CN104405372A5/5页700580059以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。说明书CN104405372A1/4页8图1图2说明书附图CN104405372A2/4页9图3说明书附图CN104405372A3/4页10图4说明书附图CN104405372A104/4页11图5说明书附图CN104405372A11。