一种矿山水文地质监测结构及监测方法

技术领域

本发明涉及煤炭开采技术领域，具体而言，涉及一种矿山水文地质监测结构及监测方法。

背景技术

随着煤炭开采难度的不断增大，在煤炭开采过程中往往会涉及到越来越多的不良环境条件，尤其是对于一些复杂水文地质，对煤炭开采工作形成较大威胁。在复杂水文地质条件下进行矿井开采和生产，需要重点围绕着可能存在的各类安全事故进行详细把关，尤其是对于常见的水害问题，更是需要加大矿井水文地质条件监测力度，采取专业的综合防治水技术，促使矿井生产更为安全有序，降低出现矿井水害的几率。

传统方监测法多为在地面布设水位、水压等水文孔常规参数基础上，或者井下水仓等涌水汇集区域水位参数加以风险预测，这两种方法缺点如下：地面布设水位、水压等水文孔，因为工作面推进引起的是煤层上方整个岩层的立体运移变化，监测水文钻孔相当于与立体相交的直线，当部分区域发生含水层与导水裂隙局部沟通，监测水文钻孔距离沟通点很远时，水位不会发生变化，水文钻孔与沟通点距离在影响范围内时，钻孔内部补充的水源和漏失水源的不清晰，会导致水位变化较小或者波动；井下水仓等涌水汇集区域水位参数作为监测指标，矿井突水已形成且初具规模，难以溯源预警，同时井下水仓水源众多，导致没有一个科学的合理的水位变化预警阈值。

针对上述的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

发明内容

本发明的主要目的在于提供一种矿山水文地质监测结构及监测方法，以解决煤炭开采过程中无法对水害进行准确预警的技术问题。

为了实现上述目的，根据本发明的一个方面，提供了一种矿山水文地质监测结构，包括：监测孔，监测孔包括第一孔段和第二孔段，第一孔段自煤区处向上延伸至预设岩层处，预设岩层位于含水层的下方，第二孔段水平地设于预设岩层处；其中，第二孔段内具有间隔设置的多个监测区域，监测区域用于注水，每个监测区域处均设有与外部连通的监控管路，监控管路用于监控监测区域内流量。

进一步地，还包括：封堵块，封堵块为多个，多个封堵块间隔地设于第二孔段内，多个封堵块将第二孔段分隔成多个监测区域；支撑杆，支撑杆连接在相邻的两个封堵块之间。

进一步地，封堵块为充气结构。

进一步地，相邻的两个封堵块之间的距离为D，100m≤D≤200m。

进一步地，监控管路包括：线路管，线路管穿过第二孔段后与封堵块连通，线路管用于给封堵块充气；水管，水管与第二孔段内的监测区域连通，水管用于向监测区域内注水；注浆管，注浆管与第二孔段内的监测区域连通，注浆管用于向监测区域内注浆。

进一步地，监测巷道，监测巷道开设在两个运输巷道之间，煤区位于两个运输巷道之间，监测巷道与其中一个运输巷道连通，监测孔经监测巷道向上延伸至预设岩层处；监测硐室，监测硐室开设在运输巷道与监测巷道之间，监测巷道通过监测硐室与运输巷道连通。

进一步地，监测巷道位于煤区的停采线处。

进一步地，第一孔段倾斜向上延伸至预设岩层处，第一孔段与第二孔段的夹角为钝角。

根据本发明的另一方面，提供了一种矿山水文地质监测方法，利用上述的矿山水文地质监测结构对矿山水文地质进行监测，监测方法包括：煤区划分为多个开采区段，开采区段与监测区域一一对应设置，在采煤过程中，向对应的监测区域内注水；在预设时间段内，观测监测区域内的水流量，根据水流量判断对应开采区段是否出现裂隙。

进一步地，在预设时间段内，观测监测区域内的水流量，根据水流量判断对应开采区段是否出现裂隙，包括：在预设时间段内，监测区域内的水流量未发生变化，则对应的开采区段出现裂隙，停止向监测区域内注水，并启动注浆程序，向对应的监测区域内注浆；在预设时间段内，监测区域内的水流量逐渐降低，则对应的开采区段未出现裂隙。

应用本发明的技术方案，监测孔的第二孔段水平地设于煤区与含水层之间，第二孔段能够对应煤区的多个开采区段，扩大了对矿山水文地质的监测范围，能够更加准确对煤区的多个开采区段进行水害预警。第二孔段位于含水层以下，岩石自上而下出现裂隙或垮落，当出现岩石裂隙或垮落时，第二孔段内的监测区域较开采区段先预警到，根据预警信号对第二孔段附近的岩石进行修补，以避免影响煤区的开采。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。在附图中：

图1示出了根据本发明的矿山水文地质监测结构的实施例的俯视示意图；

图2示出了根据本发明的矿山水文地质监测结构的实施例的左视剖视图；

图3示出了根据本发明的第二孔段的实施例的结构示意图。

其中，上述附图包括以下附图标记：

10、第一孔段；11、第二孔段；

20、监测区域；21、封堵块；22、支撑杆；

30、监测巷道；31、监测硐室；32、运输巷道；

40、煤区；41、停采线；42、采空区；

50、含水层。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的术语在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施方式例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

现在，将参照附图更详细地描述根据本申请的示例性实施方式。然而，这些示例性实施方式可以由多种不同的形式来实施，并且不应当被解释为只限于这里所阐述的实施方式。应当理解的是，提供这些实施方式是为了使得本申请的公开彻底且完整，并且将这些示例性实施方式的构思充分传达给本领域普通技术人员，在附图中，为了清楚起见，有可能扩大了层和区域的厚度，并且使用相同的附图标记表示相同的器件，因而将省略对它们的描述。

实施例1

结合图1至图3所示，根据本申请的具体实施例，提供了一种矿山水文地质监测结构。

具体地，矿山水文地质监测结构包括监测孔，监测孔包括：第一孔段10和第二孔段11，第一孔段10自煤区40处向上延伸至预设岩层处，预设岩层位于含水层50的下方，第二孔段11水平地设于预设岩层处。其中，第二孔段11内具有间隔设置的多个监测区域20，监测区域20用于注水，每个监测区域20处均设有与外部连通的监控管路，监控管路用于监控监测区域20内流量。

需要说明的是，煤区40位于两个运输巷道32之间，含水层50位于煤区40之上，在煤区40开采过程中，煤区40上方的岩层可能会出现裂隙或者垮落，当岩层出现裂隙或者垮落时，岩层上方的含水层50可能会与裂隙局部连通，进而出现水害。其中，图1中箭头的方向为煤区40的开采方向。

在本申请的实施例中，监测孔的第二孔段11水平地设于煤区40与含水层50之间，第二孔段11能够对应煤区40的多个开采区段，扩大了对矿山水文地质的监测范围，能够更加准确对煤区40的多个开采区段进行水害预警。第二孔段11位于含水层50以下，岩石自上而下出现裂隙或垮落，当出现岩石裂隙或垮落时，第二孔段11内的监测区域20较开采区段先预警到，根据预警信号对第二孔段11附近的岩石进行修补，以避免影响煤区40的开采。

进一步地，第二孔段11内设置有封堵块21和支撑杆22。具体地，封堵块21为多个，多个封堵块21间隔地设于第二孔段11内，多个封堵块21将第二孔段11分隔成多个监测区域20，支撑杆22连接在相邻的两个封堵块21之间。其中，封堵块21的位置可根据实际需求进行调整，支撑杆22对封堵块21的位置进行限定，同时支撑杆22用于限定相邻两个封堵块21之间的间距。

需要说明的是，在本实施例中，相邻的两个封堵块21之间的距离为D，100m≤D≤200m。

其中，封堵块21为充气结构。通过调节封堵块21的充气量，以使封堵块21与第二孔段11进行密封贴合。封堵块21为充气结构，封堵块21塞入第二孔段11后，再对封堵块21进行充气，避免对封堵块21或者第二孔段11造成损伤。

进一步地，监控管路包括：线路管、水管和注浆管。线路管穿过第二孔段11后与封堵块21连通，线路管用于给封堵块21充气。封堵块21塞入第二孔段11后，通过线路管对封堵块21进行充气。水管与第二孔段11内的监测区域20连通，水管用于向监测区域20内注水。在采煤过程中，通过水管向对应的开采区段的监测区域20内注水，通过观测对应监测区域20内的水流量以判断开采区段上方的岩石是否存在裂隙或垮落。注浆管与第二孔段11内的监测区域20连通，注浆管用于向监测区域20内注浆。当预警到开采区段上方的岩石出现裂隙或垮落时，关闭对监测区域20的注水，开启注浆流程，对开裂的岩石层进行修补。

进一步地，在开设监测孔之间，需要在煤区40挖设监测巷道30和监测硐室31。监测巷道30开设在两个运输巷道32之间，煤区40位于两个运输巷道32之间，监测巷道30与其中一个运输巷道32连通，监测孔经监测巷道30向上延伸至预设岩层处。监测硐室31开设在运输巷道32与监测巷道30之间，监测巷道30通过监测硐室31与运输巷道32连通。其中，监测硐室31的宽度大于监测巷道30的宽度，监测硐室31内用于放置与监控管路相对应的监测设备，例如充气设备、注浆设备、流量监测设备以及水压测试设备等。

其中，监测巷道30位于煤区40的停采线41处，避免煤区40开采与监测巷道30以及监测孔发生冲突。

如图1、图2所示，第一孔段10倾斜向上延伸至预设岩层处，第一孔段10与第二孔段11的夹角为钝角。其中，监测孔整体呈L型结构。

在图1中，L1为采空区42与第二孔段11端部之间的距离，L2为第二孔段11在煤区40上方的水平长度，L3为第一孔段10在煤区40以及岩层中的倾斜长度。

其中，L2＝L-L1，

表1

在图2中，H1为第二孔段11与监测硐室31之间的垂直距离，H2为第二孔段11与含水层50之间的垂直距离，含水层50与煤区40的距离为H，H1＝H-H2。其中，H2取值如下所示：

当H1i＞H时，H2取1.5m。

当H1i＜H时，分两种情况：当H1i＜H-8时，H2取8m，当H-8＜H1i＜H时，H2取H1i。

其中，H1i为裂隙带高度，M为累计采厚，具体的计算方法，如表2所示。

表2

实施例2

根据本发明的另一具体实施例，提供了一种矿山水文地质监测方法，利用上述实施例中的矿山水文地质监测结构对矿山水文地质进行监测，监测方法包括以下步骤：

步骤1：煤区40划分为多个开采区段，开采区段与监测区域20一一对应设置，在采煤过程中，向对应的监测区域20内注水。

步骤2：在预设时间段内，观测监测区域20内的水流量，根据水流量判断对应开采区段是否出现裂隙。其中，预设时间一般为4个小时。

进一步地，在步骤2中，在预设时间段内，观测监测区域20内的水流量，根据水流量判断对应开采区段是否出现裂隙，包括以下情况：

情况1：在预设时间段内，监测区域20内的水流量未发生变化，则对应的开采区段出现裂隙，停止向监测区域20内注水，并启动注浆程序，向对应的监测区域20内注浆。

情况2：在预设时间段内，监测区域20内的水流量逐渐降低，则对应的开采区段未出现裂隙。

为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其他器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。

除上述以外，还需要说明的是在本说明书中所谈到的“一个实施例”、“另一个实施例”、“实施例”等，指的是结合该实施例描述的具体特征、结构或者特点包括在本申请概括性描述的至少一个实施例中。在说明书中多个地方出现同种表述不是一定指的是同一个实施例。进一步来说，结合任一实施例描述一个具体特征、结构或者特点时，所要主张的是结合其他实施例来实现这种特征、结构或者特点也落在本发明的范围内。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。