采煤导水裂隙带发育高度实测方法

0 引 言

煤炭资源是我国主要的能源，在经济发展中占据着十分重要的地位。煤炭开采会导致上覆岩层的破裂、垮塌，最终形成“三带”，即冒落带、导水裂隙带和弯曲带。采煤期导水裂隙带发育高度严重影响着矿井水害的防治，采煤结束后影响覆岩稳定性评价、采空区治理和地表土地利用。因此需要对导水裂隙带发育高度进行测量与预测。

目前导水裂隙带发育高度常用的研究方法有现场实测、相似模拟、数值模拟和经验公式等[1-2]。实际应用中往往多种方法结合得出导水裂隙带发育高度的预测值，通过现场实测验证选用预测模型的可行性和准确性，达到安全采煤的目的。现场实测采煤导水裂隙带高度的方法有钻井探测和物理探测两种方式，为了获得更加准确的结果，常常将两种及两种以上方式进行组合。

1 钻孔探测

钻孔探测为点式探测方法，具有工作量大，时间长，成本高，效率低等特点，通常需要结合前期物探提高探测效果。目前常用的钻孔探测包括钻孔冲洗液漏失法、钻孔彩色电视、井下仰孔注水测漏法、孔间震波CT、分布式光纤传感技术等。

在农田水利的工程当中采用该技术，可有效避免过度使用地下水资源，防止出现地下水位过低的现象。在采用该技术的过程中采用科学的生态搭配技术，能够有效的达到农田灌溉的效果。

1.1 钻孔冲洗液漏失法

钻孔冲洗液漏失法是通过测定钻进过程中钻孔冲洗液消耗量、钻孔水位、钻进速度、卡钻、掉钻、钻孔吸风、岩芯观察和地质资料判断导水裂隙带高度及其破坏特征的一种方法。如康永华等[3]将钻孔冲洗液法和钻孔声速、钻孔超声成像法对采动覆岩导水裂隙带发育高度进行了测定，指出钻孔冲洗液法在原生裂隙发育的地区通常不能得出准确的结果。

1.2 钻孔彩色电视

氡气存在于煤、岩体和土体中，不但可以以气态形式运移，还可以以溶解态随地下水运移，在孔隙和裂隙中扩散，通过测量覆岩中氡气的异常可实现采动裂隙带分布的探测。张炜等[20-21]研制了采动覆岩裂隙测试的氡气地表探测系统，并将该系统应用于大柳塔矿11203工作面二维物理模拟试验中，验证了氡气地表探测采动覆岩裂隙的可行性。

钻孔电视法可以直观的获取钻孔内岩石性质、裂隙发育情况。但容易受到钻孔质量的影响，如塌孔容易造成无法观测及设备的损坏。

在国家“973”、“863”等重大研发及示范工程项目的支持下，我国CCUS产业形成了二氧化碳捕集、驱油利用和盐水层封存技术，并建成了多个二氧化碳驱油与埋存技术研发（实验）中心，聚集了专业技术创新团队，建成了国际一流实验装置平台，形成了完备实验测试方法体系。

1.3 井下仰孔注水测漏法

井下仰孔注水测漏法是通过在巷道或工作面向上打小口仰孔，将钻孔两端堵水器布设于钻孔内，分段注水，测定漏失量以获得覆岩中裂隙发育情况，得出导水裂隙带的发育高度。如D.P.Adhikary[5]通过两端堵水器的液体渗透，对覆岩的破碎情况进行了研究。

该技术较为直观，但成本高、施工难度较大，受原生裂隙影响较大，数据的获取受到操作人员能力的限制。

1.4 孔间震波CT

物理探测通常需要在正、反演研究基础上对目的对象进行探查，故解释结果由于解释经验和认识的不同存在较大的差异，往往需要通过钻探的方法对物理探测结果进行验证。目前常用的物理探测方法包括电阻率法、瞬变电磁法、大地电磁法、浅层地震法、微地震法、氡气放射性测量等。

阳刻剪纸的特征是保留原稿的轮廓线，剪去轮廓线以外的空白部分，它的每一条线都是互相连接的。阴刻剪纸的特点与阳刻剪纸恰恰相反，就是刻去原稿的轮廓线，保留轮廓线以外的部分，其线条不一定是互连的，作品的整体基本是块状的。

1.5 分布式光纤传感技术

光纤传感技术是以光为传感信号，光纤作为传感器和信号传输介质，达到感知和探测周围环境变化。光纤传感技术可以实现全分布、长距离、实时性的覆岩变形监测的目的，具有质量轻、抗辐射、抗腐蚀、抗电磁干扰等特点，为导水裂隙带的确定提供了一种新的方式。工程应用中通常采取钻孔布设分布式光纤测量导水裂隙带的发育高度，工程中常用的光纤传感技术包括光纤光栅传感(FBG)技术、基于布里渊散射光时域反射(BOTDR)技术和基于布里渊散射光时域分析(BOTDA)技术，表1为光纤传感技术测量的特点。

目前分布式光纤传感技术具有成本高、与周围岩土体耦合性不好等不足。

作为与人类生活密切相关的动物，猪在一些国家和地区的文化习俗中，扮演着十分重要的角色，并被视为福气、富有和吉祥的象征。

表1 分布式光纤传感技术测量特点

传感技术FBGBOTDRBOTDA优点单端测量；可测应变、温度、位移等多场信息单端测量；可测量应变、温度；全分布式测量；测量精度和分辨率高可测量应变、温度；全分布式测量；精度和分辨率高；动态范围大缺点需要封装为特定用途传感器；点式测量要求极窄线宽、可调线宽激光器；交叉干扰；功率低系统复杂；两端测量；不能检测断点；交叉干扰

张丹等[7]利用BOTDR分布式传感技术对淮南矿区某工作面的覆岩变形进行了监测和分析，提出了工作面仰孔光纤布设方案，确定了导水裂隙带和冒落带的高度。方星等[8]将BOTDR分布式传感技术应用于煤矿塌陷区残余变形监测中，通过钻孔内光纤的应变变化确定了覆岩的“三带”高度，与其他方法得到的结果对比验证了该方法的有效性。

2 物理探测

孔间震波CT利用不同岩层具有各不相同的波阻抗和声波在不同岩层界面反射能力也不同的特征，通过向围岩发射超声波的反射特征分析、解释围岩裂隙的发育情况。依据围岩裂隙发育情况判定导水裂隙带的发育高度。程学丰等[6]在淮南孔集矿的采煤工作面和地表之间采用井、地声波CT探测对采动引起的覆岩破坏进行了探测，根据CT切面图像解析确定了导水裂隙带发育高度最大值，与钻孔探测得出的结果相一致，验证了声波CT探测导水裂隙带发育高度的可行性。

图1中身份标识为EID1的LISP主机呼叫身份标识为EID2的LISP主机，以下画出算法步骤的整体流程图。

2.1 电阻率法

[3]康永华,王济忠,孔凡铭,等.覆岩破坏的钻孔观测方法[J].煤炭科学技术,2002,30 (12):26-28.

电阻率法具有成本低、效率高的特点，但该方法无法应用于大面积、大深度的测量，反演方法需要进一步的研究。表2为普通直流电阻率法和高密度电阻率法的优缺点[10-11]。

表2 不同电阻率法特点

测试方法普通直流电阻率法高密度电阻率法优点与钻孔相比成本低；效率高断面测量所需时间短；不用人工多次布设电极缺点受观测方式和仪器限制，需要人工不断布设电极；费时费力；分辨率低探测深度较浅；固定极距易造成解释异常

2.2 瞬变电磁法

参考文献：

瞬变电磁法具有轻便、效率高、对低阻灵敏性好和指向性好的特点。但瞬变电磁法基础理论研究仍然薄弱，存在纵向分辨率低，正、反演研究滞后的问题。

2.3 大地电磁法

大地电磁法是根据电磁传播理论和麦克斯韦方程组得出的水平电偶极源在地表的磁场和电场，基于两个正交的水平磁场得到地表以下的视电阻率，依据电磁波的趋肤效应理论推导出探测深度，获得导水裂隙带发育高度。张宏伟等[13]在抚顺矿区的老虎台矿63005工作面，基于EH-4大地电磁法，确定了水砂充填开采与综采放顶煤开采的覆岩破坏高度，并将其与数值模拟结果进行了对比研究。表3为几种不同大地电磁法技术的应用特点[14-15]。

2.4 浅层地震法

浅层地震法可分为浅层地震折射法和浅层地震反射法，在实际工程浅层地震反射法应用较多。采动覆岩在不同深度具有不同破坏特征，岩层间存在不同特征的裂缝、裂隙和碎石，使得地震波的传播速度与在完整层中的传播速度具有较大差异，可能造成反射波的中断、频率和波形的改变，基于上述的差异实现导水裂隙带发育高度的判别。申涛等[16]在陕北某矿应用P 波方位各向异性裂隙检测方法对导水裂隙带的发育高度和裂隙分布特征进行了探测与研究，指出裂隙的发育强度和与煤层顶板距离成反比。王俊茹等[17]通过对某个采空区覆岩变形的浅层地震探测，对野外工作、资料处理及解释方法进行了讨论，指出野外工作参数会影响结果的分辨率，地震数据处理方法的选择能够提高解释的准确性。

表3 不同大地电磁法技术特点

探测技术探地雷达EH-4CSAMT优点快速便捷、操作简单；分辨率高；抗干扰和场地适应性强信噪比高；浅部分辨率高；可获得更多地电信息；抗干扰能力强和适应性强信噪比高；低频到高频全为人工场源；探测深度大；效率高；抗干扰能力强缺点浅层探测；多次波及其他杂质波干扰大；介质均匀性影响大；数据采集为单发单收仅高频段采用人工场源；发射站点移动较多；单点观测；效率低收发距较大；发射装置功率较高；发射装置较笨重；测线方向受发射源位置限制

2.5 微震法

微震法是基于煤岩破裂、移动过程中形成的微弱震动波被不同位置的微震传感器记录,最后通过相关计算确定岩层破裂、移动的空间位置。通过反演计算，确定采动覆岩导水裂隙带高度。李楠等[18]总结了微震监测在煤矿中的应用，指出了震源的确定方法，以及微震技术在煤矿突水、动力灾害等众方面的预警方法。汪华君等[19]以鲁西煤矿为例，介绍了微震传感器布设方式，验证了微震法检测导水裂隙带高度的可靠性。

目前在微震传感器的布设、微震信号的识别和拾取、震源定位、波速模型等方面的研究不足，影响着震源的高精度定位和可靠性的提高。

有研究标明，专科医院和综合医院护士焦虑、抑郁评分及发生率高于一般人群，专科医院中肿瘤医院的护士焦虑、抑郁评分及发生率明显高于综合医院护士，不同临床科室、不同学历的护士情绪状态无明显差异，但与年龄、护龄有关[2]。

2.6 氡气放射性测量

钻孔电视法是将专用摄像机送入预先打好的孔中，通过上下移动把钻孔周围岩层中的裂隙发育情况显示在地表的监控设备中。基于钻孔内裂隙发育状况实现覆岩导水裂隙带高度的确定。刘英锋等[4]在大佛寺煤矿采用钻孔彩色电视系统结合简易水文观测孔对导水裂隙带高度进行了观测，得出发育高度为170.80～192.12 m，并分析了深埋特厚煤层综放开采导水裂隙带发育特征。

目前氡气放射性测量更多的集中于理论和室内试验研究，需要更多的现场工程应用的实践，为该技术的应用提供更多的理论和案例。

(5)现代技术的潜在威胁对传统形而上学提出了新问题。从现代技术对人类存在的潜在威胁出发，必须从形而上学上回答某些终极问题。如是否以及为什么应该有人类存在？为什么要有生命？这些看似遥不可及的问题，回应的是在人类与现代技术的博弈中，人类究竟可以冒多大的风险，哪些风险是完全不被允许的。[28]在所有可能的风险中，技术是首先应该被排除在外的。从现代技术的力量及其特征来看，人类似乎毫无胜算可言。但是，在技术之外，人类有伦理学，有自身的道德力量，并以其来对抗技术力量对人类的渗透。为了人类的自律、尊严和存在，必须重新评估技术时代我们伦理学的形而上学基础。

3 结 语

[9]李建楼,刘盛东,张平松,等.并行网络电法在煤层覆岩破坏监测中的应用[J].煤田地质与勘探,2008,36(02):61-64.

(1) 多种探测方式的组合。单一的探测方式往往无法达到准确获得导水裂隙带发育高度的目的，需要将两种及两种以上探测方法结合进行，可以达到事半功倍的效果。

(2) 研究和发展新的探测技术。新技术的发展和应用可以有效提高导水裂隙带发育高度探测精度，降低生产成本。新技术在具有较大应用前景的同时也存在一定不足，如基于分布式光纤传感技术的裂缝判别、微地震法的高精准定位、氡气测量技术的工程应用。

瞬变电磁法是基于不接地回线或接地线源往覆岩中发射一次脉冲磁场，利用接地电极或线圈在一次脉冲场间歇期观测介质中的二次感应涡流场，获得岩层电阻率的方法。张彬等[12]使用瞬变电磁仪在宁夏红柳煤矿1121工作面开展了采动覆岩导水裂隙带高度超前探测的试验，指出该方法进行定量探测的效果明显，得出的导水裂隙带发育高度最大约 88 m，与冲洗液漏失量观测方法和钻孔彩色电视得出的结果相吻合。

当前，各种污水处理技术的除磷原理主要是生物除磷[1]。污水中总是存在一些活性污泥，其内部含有一些聚磷微生物，将这些微生物植物厌氧条件时，其细胞内部的聚磷就会转变为正磷酸盐，将其释放到细胞外后，能够摄取污水中比较容易降解的有机物等，经过化学反应后合成聚β丁酸，并将其存储在微生物的体内。当环境变为好氧环境时，这些聚磷微生物就可以将游离氧与PHB结合产生化学反应，从而产生一些能量。这些能量能够吸收污水中的磷，并且在细胞内合成聚磷酸盐。

频谱分析技术主要是根据不同介质表面波传播频率不同的特性，针对检测对象的状态进行判断。将其应用在道路桥梁无损检测中，需要技术人员在结构表面施加一个瞬间垂直冲击力，产生一组瑞雷波面，这种波面是以振源作为中心，具备多种频率，通过在不同位置的锤击，检测人员可以得到不同的瑞雷波面信号，结合安装在相应位置的传感器，可以实现对瑞雷波频率的检测分析，继而实现测定不同深度分层介质力学参数的目的。相比较传统检测方法，频谱分析检测技术的检测速度更快、检测频率更高，能够用于路面或者桥梁不同分层介质厚度均匀性和层间接触情况的检测[4]。

[1]田根国.采空区覆岩冒裂带发育高度预测综述[J].露天采矿技术,2013(01):26-29.

[2]王双美.导水裂隙带高度研究方法概述[J].水文地质工程地质,2006,30(05):126-128.

电阻率法是基于采煤前后覆岩中电性变化实现采动覆岩变形和破裂范围的识别。覆岩发生变形、破坏区域的电阻率会有不同程度的升高，基于覆岩电阻率的变化即可算得导水裂隙带的发育高度。如李建楼等[9]通过并行网络电法对新安煤矿14141工作面导水裂隙带高度进行了测定，指出在覆岩视电阻率值比背景电阻率值增大 1～2 倍时为导水裂隙带。

[4]刘英锋,王世东,王晓蕾.深埋特厚煤层综放开采覆岩导水裂缝带发育特征[J].煤炭学报,2014,39(10):1970-1976.

[5]Adhikary D P, Guo H. Modelling of Longwall Mining-Induced Strata Permeability Change[J]. Rock Mechanics & Rock Engineering,2015,48(1):345-359.

[6]程学丰,刘盛东,刘登宪.煤层采后围岩破坏规律的声波CT探测[J].煤炭学报,2001,26(02):153-155.

“哈哈，你马国平还算有点良心！还知道一连吃肉，给我们救护队分点汤！”汪队长的脸色和悦起来，“说真的，看你们冲锋在前，我们救护队员很是佩服。”

[7]张 丹,张平松,施 斌,等.采场覆岩变形与破坏的分布式光纤监测与分析[J].岩土工程报,2015,37(05):952-957.

[8]方 星,刘建奎.分布式光纤传感技术在采煤塌陷残余变形监测上的应用[J].合肥工业大学学报(自然科学版),2016,39(02):260-264.

(2) 试验过程中，不同土体梯度比变化都呈现出三阶段特性，反映出了土体内部渗流通道以及排水管淤塞的形成过程，具有规律性。

导水裂隙带发育高度是一个影响煤炭安全生产的重要因素，其探测技术是非常重要的研究。通过广泛的查阅文献资料，对目前常用的及新发展的现场实测技术进行了总结和分析，明确了各种方法的优缺点，为后续研究方法的选择提供了支持，并对提高导水裂隙带发育高度的探测精度提出了以下建议：

[10]岳建华,薛国强.中国煤炭电法勘探36年发展回顾[J].地球物理学进展,2016,31(04):1716-1724.

[11]刘树才,刘鑫明,姜志海,等.煤层底板导水裂隙演化规律的电法探测研究[J].岩石力学与工程学报,2009,28(02):348-356.

[12]张 彬,牟 义,张俊英,等.瞬变电磁法在导水裂隙带高度探测中的研究应用[J].煤炭工程,2011(03):44-46.

[13]张宏伟,荣 海,韩 军,等.EH-4在复杂巨厚煤层覆岩破坏范围确定中的应用[J].地球物理学进展,2014,29(05):2307-2313.

[14]陈义群,肖柏勋.论探地雷达现状与发展[J].工程地球物理学报,2005,2(02):149-155.

预设与生成是互补关系，需要和谐发展。有了预设，并在预设中有所生成，这说明师生间有了较好的互动。“生成”是多元的但需要掌控的，教师必须有效而巧妙地把生成引到不偏离教学目标的轨道，和谐预设与生成，让它们有“水到渠成”的自然状态，让课堂生成更具有方向感，更富有成效性。

[15]邓志刚,李国宏,盛继权,等.基于微震分析法的特厚煤层导水裂缝带高度研究[J].煤矿开采,2012,17(06):86-88.

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[17]王俊茹,张龙起,宋雪琳.浅层地震勘探在采空区勘测中的应用[J].物探与化探,2002,26(01):75-78.

[18]李 楠,王恩元,GE Mao-chen.微震监测技术及其在煤矿的应用现状与展望[J].煤炭学报,2017,42(S1).

[19]汪华君,姜福兴,成云海,等.覆岩导水裂隙带高度的微地震(MS)监测研究[J].煤炭工程,2006(3):74-76.

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[21]张东升,张 炜,马立强,等.覆岩采动裂隙氡气探测研究进展及展望[J].中国矿业大学学报,2016,45(6):1082-109。

通过对于玉米的科学施肥能够有效提高土壤的有机质含量，在施肥的过程中，要根据当地的实际土壤条件，释放氮磷钾以及微量元素的复合肥。在第一次初夜期间，应该追施尿素50-75kg在第二次喇叭口期间应该追施尿素100-150kg，为了能够避免玉米早衰必须要加强二次追肥的管理，由于种植密度的增加，所以必须要选择紧凑型的品种，保证各个时期的玉米生长能够得到有效肥料补充。