采场底板变形破坏探测原理与方法

采场底板变形破坏探测原理与方法第一页，共十五页，编辑于2023年，星期六

§1采场底板变形破坏探测原理与方法探测方法划分三类：

①水文地质法：钻孔注(放)水法②岩石力学法：钻孔岩移观测法应力测量法③物探法：钻孔声波法钻孔成像法第二页，共十五页，编辑于2023年，星期六一、钻孔注（放）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：①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；第三页，共十五页，编辑于2023年，星期六②工作面推过钻孔后(＜50-60m)，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，这时钻孔注(放)水量会增大；③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。第四页，共十五页，编辑于2023年，星期六2观测方法分2种：①多孔孔底单段观测法；②单孔全长分段观测法。

①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。第五页，共十五页，编辑于2023年，星期六②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第六页，共十五页，编辑于2023年，星期六第七页，共十五页，编辑于2023年，星期六③2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。第八页，共十五页，编辑于2023年，星期六3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：①未受开采影响时的采前观测；②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；③采面推过后，底板岩层卸压膨胀阶段的观测；④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。第九页，共十五页，编辑于2023年，星期六二、钻孔岩移观测法l观测原理底板应力：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。第十页，共十五页，编辑于2023年，星期六2观测关键①测点固定方式；②位移观测仪器；③观测系统安装。

①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。

②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。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。第十一页，共十五页，编辑于2023年，星期六

③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。第十二页，共十五页，编辑于2023年，星期六三、应力测量法初始地应力测量，主要有：①水压致裂法；②应力解除法；③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。第十三页，共十五页，编辑于2023年，星期六四、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