本發明涉及礦井地質領域與采礦工程技術，尤其涉及一種煤礦采空區水探放方法。
背景技術：
煤礦采空區水是威脅煤礦安全的一類水害，為解除相關水害威脅，在采煤工作面開采以前會對旁邊的采空區水進行探放。目前探放水方法主要是通過實施大量的鉆孔進行隨機探放，存在以下問題：1)鉆孔實施量很大，工程周期長，工程費用大；2)探放整體效果差，探放后有較大的安全隱患，鉆孔隨機探放沒有針對性，有大量盲區未探放，進而存在安全隱患；3)無法判斷某個鉆孔是否完成了探放水工作；4)在探放水之前無法判斷鉆孔探放水水壓，探放水時容易發生噴射事故。
技術實現要素：
為了解決上述問題，本發明的目的在于提供一種煤礦采空區水探放方法，利用埋深傳感器組的方法很好地了解煤炭開采后封閉的采空區里面的情況，具有簡單易實施；探放水工程量低；探放水效果好和安全的優點。為了達到上述目的，本發明的技術方案為：一種煤礦采空區水探放方法，包括以下步驟：步驟一：采空區(1)相關信息獲取，獲取信息包括頂板類型、采煤厚度M和采煤周期來壓步距D，頂板類型是通過鉆探對采煤頂板巖石取樣測試其單軸抗壓強度σ，若σ≤20MPa則頂板為軟弱頂板，20MPa＜σ≤40MPa則頂板為中硬頂板，40MPa＜σ≤60Mpa則頂板為堅硬頂板；采煤厚度M則通過采空區(1)形成前的設計獲取；采煤平均周期來壓步距D是通過實測獲得；步驟二：采空區(1)形成前布置多個傳感器組(2)，每個傳感器組(2)包括1個電極傳感器、1個水壓力傳感器和1個水聽器，傳感器組(2)的布置方法是：①將傳感器組(2)沿采空區走向方向布置在采空區(1)形成前的兩巷(3)，傳感器組(2)兩兩間距小于1個采煤工作面平均周期來壓步距離D，且不在預計的平均周期來壓點布置傳感器組(2)；②傳感器組(2)沿采空區(1)垂直方向的位置依據不同頂板類型，當頂板為軟弱頂板時，分別布置在距離兩巷(3)保留煤柱(4)以內0.1M～0.5M區域內；當頂板為中硬頂板時，分別布置在距離兩巷(3)保留煤柱(4)以內0.2M～0.6M區域內，當頂板為堅硬頂板時，分別布置在距離兩巷(3)保留煤柱(4)以內0.3M～0.7M區域內；③傳感器組(2)除平行于采煤走向方向以外，其他各個方向設置傳感器組(2)的保護裝置，以保證其在采空區(1)形成后正常運轉；④傳感器組(2)的數據傳輸線埋設在采空區(1)底板0.5m以深區域，并引出采空區(1)后連接數據采集器(5)；⑤記錄各傳感器組(2)所在點的標高W；步驟三：采空區(1)形成過程中觀測涌水量；采煤過程就是采空區(1)形成的過程，對該過程中每一次周期來壓的涌水量進行觀測，相鄰兩次穩定涌水量增加超過10m3/h或較前一次涌水量增加10％以上，則記錄該次來壓涌水點(6)；步驟四：采空區(1)形成后劃分積水區段(7)，積水區段(7)劃分的方法為：通過步驟二中布置的水壓力傳感器得到的水壓數據進行分析，相鄰的兩個水壓力傳感器水壓力差△P與對應的傳感器標高差產生的水壓力差△Pb兩者差異不在10％以內則判定兩個傳感器不在同一積水區段(7)，以兩者中點沿垂向采煤工作面走向方向劃分開，就得到了積水區段(7)；△P＝P1-P2，式中P1、P2分別為相鄰兩個傳感器的水壓力值，△Pb＝ρg(W1-W2)，式中，ρ是水的密度，g為重力加速度，W1、W2分別是觀測到P1、P2水壓力的傳感器所在點的標高；步驟五：對每個積水區段(7)進行探放水；每個積水區段(7)的探放水方法如下：①找出積水區段(7)內所有靠近探放水巷道(8)的電極傳感器探測到有水的點，以該點垂直于采空區(1)走向在探放水巷道(8)的投影點為起點，以方位角為-45°～45°，來布置鉆孔組(9)；②鉆孔組(9)放水端配備防噴器，防噴器防噴射壓力應大于該點水壓力傳感器的水壓力；③積水區段(7)內若有步驟三中記錄的來壓涌水點(6)另外布置一個鉆孔組(9)，該鉆孔組(9)布置方法同電極傳感器探測到有水的點，以來壓涌水點(6)垂直于采空區(1)走向在探放水巷道(8)的投影點為起點，以方位角為-45°～45°，來布置鉆孔組(9)，其防噴器防噴射壓力參照傳感器點的標高推算；④對鉆孔組(9)進行試驗放水，若放水時同一積水區段(7)的遠離探放點的巷道(10)內的水聽器傳感器無法連續穩定捕捉到放水產生的聲波信號，則將鉆孔組(9)向前延伸，直至捕捉到連續穩定的放水產生的聲波信號；⑤對鉆孔組(9)進行放水，放水過程中若出現水聽器穩定的放水產生的聲波信號消失，且信號消失處的水壓力傳感器顯示的水位標高大于探放水點的標高，則調整探放水鉆孔組(9)鉆探深度或操作鉆機對現有探放點進行清理淤堵，直至信號恢復；⑥鉆孔組(9)放水直至所在積水區段(7)內所有水壓力傳感器顯示的水位標高不大于標高X，X＝Tmin+Y，式中Tmin為一個積水區段(7)內鉆孔組(9)探放點的最低水位標高，Y取0～2米；步驟六：探放水后安全開采受威脅的煤炭，鉆孔組(9)完成放水后，保留放水裝置直至采煤工作面(11)開采到距離鉆孔組(9)70～100米處時，進行封孔；采煤工作面(11)旁邊的采空區(1)中的水沒有突涌入采煤工作面(11)，實現了采煤工作面(11)安全開采。本發明傳感器組(2)的布置原理：采空區(1)積水的主要特點有很強的隨機性，但從采礦學可以認識到，采場開采后會依次形成“OX”破斷(每個周期來壓形成一個O型圈，圈內形成X型破斷)，即在兩邊煤柱區之間有一定的相對安息的空間(這一空間主要跟平均周期來壓步距D和煤層頂板類型有關系，因此對采空區內有效的傳感器組(2)布置有很多限制)，這里也是采空區(1)主要的積水空間，因此在這里埋深傳感器組(2)可以很好的了解煤炭開采后封閉的采空區(1)里面的情況。本發明傳感器組(2)的運行原理：傳感器組(2)由電極傳感器、水壓力傳感器和水聽器組成，其中電極傳感器在接觸液面后電阻等會有明顯變化，因此可以用來判斷采空區(1)的積水情況；水壓力傳感器可以監測到水壓力，可以用來判斷點與點之間的水力聯系情況，也可以用來判斷是否達到疏放效果；水聽器是利用聲波在水中傳播的優勢來對放水產生的平面流場進行監測，不在疏放范圍內的水聽器沒有接收到相關信號，因此可以判斷鉆孔組(9)的探放效果。本發明的優點：簡單易實施；探放水工程量低；探放水效果好、安全性更高。附圖說明圖1是本發明的流程圖。圖2是本發明探放水平面工程示意圖。圖中：1、采空區；2、傳感器組；3、兩巷；4、保留煤柱；5、數據采集器；6、涌水點；7、積水區段；8、探放水巷道；9、鉆孔組；10、遠離探放點的巷道；11、采煤工作面。具體實施方式：下面結合附圖對本發明做詳細敘述。某煤礦要開采15203工作面，但需要先探放15202采空區中的積水，采用以下步驟完成了采空區中的積水探放工作，實現了15203工作面的安全回采。一種煤礦采空區水探放方法，包括以下步驟：如圖1、圖2所示，步驟一：15202采空區相關信息獲取。獲取信息包括頂板類型、采煤厚度M和采煤平均周期來壓步距D。其中，頂板類型通過鉆探對采煤頂板巖石取樣測試，其單軸抗壓強度σ＝12～68MPa，其中部分巖性為泥巖，σ≤20MPa則頂板為軟弱頂板，部分巖性為砂巖，20MPa＜σ≤40MPa則頂板為中硬頂板，少數為石英質砂巖，40MPa＜σ≤60MPa則頂板為堅硬頂板；采煤厚度M＝3.0米；采煤平均周期來壓步距D＝13.3m。步驟二：15202采空區形成前布置了傳感器組。傳感器組包括1個電極傳感器、1個水壓力傳感器和1個水聽器。傳感器組的布置方法是：①將傳感器組等距布置在采空區形成前的兩巷(運輸巷和回風巷)，間距為6～13m，且不在預計的周期來壓點布置傳感器組；②傳感器組沿采空區垂直方向的分別布置在距離兩巷保留煤柱以內0.3米～1.5米區域內(軟弱頂板)、0.6米～1.8米區域內(中硬頂板)和0.9米～2.1米區域內(堅硬頂板)；③傳感器組除平行于采煤走向方向以外各個方向設置傳感器組2的保護裝置以保證其在采空區(1)形成過程后正常運轉；④傳感器組的數據傳輸線埋設在采空區底板1m深區域，并引出采空區后連接數據采集器；⑤記錄各傳感器組所在點的標高W＝1144米～1164米。步驟三：15202采空區形成過程中觀測涌水量。對該過程中每一次周期來壓的涌水量進行觀測，相鄰兩次穩定涌水量增加超過10m3/h或較前一次涌水量增加10％以上，則記錄該次來壓涌水點，共計3個。步驟四：15202采空區形成后劃分積水區段。積水區段劃分的方法為:通過步驟二中布置的水壓力傳感器得到的水壓數據進行分析，相鄰的兩個水壓力傳感器水壓力差比對應的傳感器標高差產生的水壓力差，兩者差異不在10％以內則判定兩個傳感器不在同一積水區段，以兩者中點沿垂向采煤工作面走向方向劃分開，就得到了積水區段，共劃分出3個積水區段。其中一個積水區段劃分線得到過程為：相鄰的兩個水壓力傳感器水壓力差△P＝P1-P2＝0.04MPa，對應的傳感器標高差為3米，產生的水壓力差△Pb＝ρg(W1-W2)＝0.03MPa，差異大于33％，因此以兩傳感器中點為界劃分積水區段。步驟五：對每個積水區段進行探放水。每個積水區段的探放水開展方法如下：①對積水區段內所有靠近探放點的巷道內的電極傳感器探測到有水的點實施鉆孔組，鉆孔組分布在以傳感器組為中心-45°～45°方位角范圍內；②鉆孔組放水端配備防噴器，防噴器防噴射壓力應大于該點水壓力傳感器的水壓力；③積水區段內若有步驟三中記錄的來壓涌水點另外布置一個鉆孔組，該鉆孔組布置方法同前面的鉆孔組，其防噴器防噴射壓力參照傳感器點的標高推算；④對鉆孔組進行試驗放水，若放水時同一積水區段的遠離探放點的巷道內的水聽器傳感器無法連續穩定捕捉到放水產生的聲波信號，則將鉆孔組向前延伸，直至捕捉到連續穩定的放水產生的聲波信號；⑤對鉆孔組進行放水，放水過程中若出現水聽器穩定的放水產生的聲波信號消失，且信號消失處的水壓力傳感器顯示的水位標高大于探放水點的標高，則調整探放水鉆孔組鉆探深度或操作鉆機對現有探放點進行清理淤堵，直至信號恢復；⑥鉆孔組放水直至所在積水區段內所有水壓力傳感器顯示的水位標高不大于標高X(X＝Tmin+Y，式中Tmin為一個積水區段內鉆孔組探放點的最低水位標高，Y取0～2米)。以一號積水區段為例，鉆孔組放水點的最低水位標高為1147米，鉆孔組放水結束時一號積水區4個水壓力傳感器顯示的水位標高為1140米～1149米。步驟六：探放水后安全開采受威脅的煤炭。鉆孔組完成放水后，保留放水裝置直至15203采煤工作面開采到距離鉆孔組70～100米處時，進行封孔。15203采煤工作面旁邊的采空區15202中的水沒有突涌入15203采煤工作面，實現了15203采煤工作面安全開采。與現有技術相比，本發明方法實施探放水有以下幾個明顯的優點：15203采煤工作面探放15202采空區之前，該煤礦采用傳統的采空區水探放方法。以15202采煤工作面探放15201采空區水作為對比，本發明優點如下：(1)大大縮減了工程量，提高了探放的效率，節約了費用。為探放15201采空區水，在15202每隔60～100米施工了一個鉆孔組，共計施工24個鉆孔組，本實施例在類似條件下則將工程量縮小為12個鉆孔組，大大減少了施工的工程量，節約了費用。(2)單個鉆孔探放的效果更好，在探放15201采空區水時，單個鉆孔探放時由于采空區中的水渾濁，探放水在剛開始時流出水量比較穩定，后續發生探放鉆孔淤堵，但探放水人員以為已經探放完畢，因此停止單孔鉆孔放水，但后期采用二次電法進行檢查時發現15201采空區探放的區域范圍內仍然有水。(3)安全性得到了提高，探放15201采空區水時，雖然布置了更多的鉆孔組，但由于采空區富水不均，水力聯系不明，探放水盲點多，在開采15202工作面的煤炭時，15202工作面涌水有15201采空區水參與，涌出水量較大；而采用本發明方法探放的15202采空區水幾乎沒有參與到15203工作面的工作面涌水中，15203工作面涌出水量明顯減小，安全性得到了提高。