奥灰顶部充填带结构判别指标的确定方法

摘要

一种奥灰顶部充填带结构判别指标的确定方法，属于含水层地质结构判别指标的确定方法。将埋深深度大于等于300m的下组煤煤田基底，即奥灰顶部充填带划分为3种类型：隔水充填带、弱隔水充填带、富水带；隔水充填带可直接作为隔水层利用，弱隔水充填带可以通过注浆改造为隔水层后加以利用。二者的判别及发育深度的确定，对深部矿井下组煤开采奥灰水害防治意义重大；依据钻孔单位涌水量q值、井下钻孔放水试验Q值、渗透试验K值，划分奥灰顶部隔水充填带类型，给出了各类型判别指标的确定方法。优点：本发明的结构判别指标均是从常规水文试验中获取，获取方法相对简单，易于现场人员操作，便于现场应用实践，应用前景广阔。

主权项

一种奥灰顶部充填带结构判别指标的确定方法，其特征是：首先确定连续充填、断续充填和无充填三种充填带结构，依据三种充填带结构，确定判别指标为：钻孔单位涌水量q、井下放水量Q和奥灰层段渗透系数K；然后再根据三种充填带结构对应不同的隔水性能分别确定各指标的阈值；具体步骤如下：(1)首先对充填带野外露头进行大量取样，调查充填带裂隙的被泥质充填情况，提出充填带依据裂隙被充填的程度，识别为：连续充填、断续充填和无充填三种充填带结构；三种充填带结构所对应的充填带类型分别为隔水型、弱透水型和富水型；(2)当充填带埋深深度大于等于300m时，依据抽、放水试验而确定充填带结构的三种指标，即：钻孔单位涌水量q、井下放水量Q和奥灰层段渗透系数K；2‑1、钻孔单位涌水量q指标的获取：地面钻孔根据岩芯采取率、冲洗液消耗量及泥质发育程度，综合确定充填带的发育终止深度；确定岩性采取率小于50％，泥质发育的终止深度，为充填带的发育终止深度；从而确定抽水试验的层段为自进入奥灰至该深度的层段，依据公式(1)计算得该层段的q值；$q=2.73\frac{Q}{M}\lg \frac{R}{r_w}---\left(1\right)$式中，Q为井流量，m³/s；M为抽水层段厚度，m；R为影响半径，m；r_w为抽水井的半径，m；2‑2、井下放水量Q指标的获取：对井下钻孔进行放水试验，每2m记录该层段的放水量；对没有如此大密度记录的井下放水试验，应对所记录的放水量Q，进行拟合分析，以某一放水钻孔的拟合公式进行说明，公式(2)得到自进入进奥灰各深度的放水量值；Q＝63.56ln(x)‑483.8  (2)式中，x为进入奥灰的深度，m；Q为进入到奥灰各深度的放水量，也即井下放水量m³/s；2‑3、渗透系数K的获取：对井下钻孔进行放水试验，分别记录各层段的稳定水压P₁、及放水过程中阀门关死时的瞬时水压P₂，即代表该层段放水试验过程中的水压值，计算出放水过程中的实际降深值S，依据公式(3)(4)，计算得出该层段的渗透系数K；$K=0.366\frac{Q}{{\mathrm{Ms}}_w}\lg \frac{R}{r_w}---\left(3\right)$$R=10\sqrt{K}---\left(4\right)$式中，K为渗透系数，cm/s；S_w为井中水位降深，m；其他参数与公式(1)意义相同；(3)钻孔单位涌水量q指标、井下放水量Q指标与渗透系数K指标的阈值的确定方法，具体步骤如下：3‑1、确定钻孔单位涌水量q的阈值：因连续充填结构为隔水的，在抽水试验中q<0.001L/s.m时，抽水层段表现隔水，确定q<0.001L/s.m的层段为隔水型充填带；因断续充填结构为弱透水的，在抽水试验中0.001<q<0.01L/s.m时，抽水层段表现弱透水，确定0.001<q<0.01L/s.m的层段为弱透水型充填带；因无充填结构为富水的，在抽水试验中q>0.01L/s.m时，抽水层段表现富水，确定q>0.01L/s.m的层段为富水型充填带；3‑2、确定井下放水量Q的阈值：依据步骤3‑1确定的q阈值与埋深深度大于等于300m平均降深的乘积，得到Q的阈值；其中以埋深深度大于等于300m下组煤的赋存位置，确定其奥灰水压值为4个水平，分别为3MPa、4MPa、5MPa、6MPa，并假定抽、放水试验水位降深为最大降深，即分别为300m、400m、500m、600m；确定井下放水量的阈值；3‑3、确定渗透系数K的阈值：在抽水试验中渗透系数K<10^‑5cm/s时，试验层段表现为隔水，确定K<10^‑5cm/s为隔水型充填带；在抽水试验中渗透系数10^‑5<K<10^‑4cm/s时，试验层段表现为弱透水，确定10^‑5<K<10^‑4cm/s为弱透水型充填带；在抽水试验中，渗透系数K>10^‑4cm/s时，试验层段表现为富水，确定K>10^‑4cm/s为富水型充填带。