0 引 言

煤炭能源是我国的主体能源，在我国经济社会发展中具有重要的战略地位，而西部地区煤炭资源丰富，开采条件好，开采程度相对较低，是煤炭工业发展“十三五”规划的重要区域。近年来，随着我国西部多个大型煤炭生产企业建成投产，部分矿井受到严重的顶板水害威胁。导水裂隙带高度是矿井基础水文地质数据，既是分析上覆含水层水或水体水害威胁程度、制定矿井防治水对策的重要依据，也是研究煤层回采对其上覆水体或含水层影响、保护矿区地表和地下水体、含水层等生态环境的重要依据[1-3]。由于煤层埋藏较深(如大于1 000 m)、煤层巨厚(如大于20 m)，采用综采或综放采煤方法致使煤层采高较大(如大于10 m)等这些因素影响，预测导水裂隙带发育高度的已往经验公式已不再适用[4-6]。因此，在新建矿井或矿井的新采区应实测获取并积累导水裂隙带高度数据[7-8]。

实测顶板导水裂隙带的方法较多，目前主要以地面[9]和井下钻孔法为主，同时配合采用钻孔电视、物探法等手段。对煤层埋藏较大(如大于600 m)的井田，宜采用井下仰孔注水测漏法[10-11]。邢延团等[12]采用井下仰孔测漏法，通过对比分析1个采前钻孔和2个采后钻孔注水漏失量变化情况获得了许厂煤矿1302工作面煤层顶板导水裂隙带高度；李文生等[13]采用井下仰孔注水测漏法和瞬变电磁法实测了西山镇城底矿8煤顶板导水裂隙带发育高度，并采用数值模拟方法进行了验证；余学义等[14]采用井下仰孔注水测漏法对孟加拉国马拉普库利亚煤矿1112工作面Ⅵ煤首分层综采顶板导水裂隙带发育高度进行了实测，施工了1个对比孔和3个观测孔，通过分析对比孔和观测孔注水漏失量随钻孔深度的变化情况获得了导水裂隙带发育高度；邵昌尧等[15]采用“双端堵水器”在井下仰孔中实测了唐口煤矿2309工作面煤层顶板导水裂隙带高度，并通过经验公式预计和数值模拟等方法验证了实测结果。

在实际应用过程中，以往注水装置普遍存在探测深度较浅、孔内同时有供胶囊膨胀和给测试段注水的2趟管路系统致使上下钻具时容易发生故障，孔口仪表较多且连接比较复杂，以及孔内涌水较大时不适用等问题。基于此，发明了可适用的转换阀，并采用此转换阀对注水装置进行了改进。

1 探查原理

工作面煤层顶板导水裂隙带高度井下仰孔分段注水观测采用钻孔双端封堵测漏装置，通过注水使胶囊膨胀，将测试段2端严密封堵，向测试段注水并计算单位时间单位长度地层的漏失水量。漏失量的大小反映了测试段岩石裂隙的发育程度，通过分析覆岩漏失水量及其变化情况可以确定煤层采后顶板导水裂隙带发育高度(图1)。

  

图1 井下钻孔法探测原理示意Fig.1 Sketch of determining height of water flowing fractured zone in the upward slant hole

2 注水装置及测试过程

2.1 以往装置优缺点

国内已有钻孔双端封堵测漏装置如图2所示。以往双端封堵测漏装置的特点如下：

1)胶囊送入方式。图2a装置需人工连接推送杆，再逐根推送至孔内，测试孔深受限；图2b为垂直孔测试，可利用重力送入；图2c和图2d均利用钻机实现胶囊推送。

3)胶囊与测试段注水方式及转换。图2a和图2b胶囊起胀和钻孔测试段注水采用同一套管路系统，通过注水阀门开启与闭合实现胶囊和钻孔注水的转换。先给胶囊注水使其膨胀，当水压继续升高超过注水阀门的开启压力阀值后，阀门开启向测试段注水。由于注水阀门开启和关闭压力阀值不一致，关闭压力较开启压力阀值偏低，致使开启容易关闭难，制止不住孔内水压的升高，容易使胶囊封堵失效。图2c和图2d胶囊起胀与钻孔测试段注水采用两套独立的管路系统分别控制。

北岛为中国新诗的现代转型起了重要的推动作用。新诗自诞生以来，先后有象征主义和诸种现代主义的引入和实验，但大多仍是浪漫主义和现代主义抒写。建国以后，50、60年代“颂歌”风行，文学艺术价值不高，“文革”期间，诗人食指的出现尽管对一代青年产生了深刻影响，但这种影响主要还是在思想、心理层面上的。食指的诗基本没有脱去浪漫主义的基调。“在《今天》派诸诗人中，应该说，只有北岛才是最早步入现代主义诗歌的轨道，并以其无可怀疑的现代诗歌的创作实绩开启了现代主义的诗风的。”北岛诗歌中的现代主义因素源自荒诞年代对诗人现代主义意识的激发以及西方现代主义文学的影响。

2)胶囊膨胀方式。孔内有水情况下通过注水使胶囊膨胀，孔内无水时通过充气使胶囊膨胀。

该套装置具有以下优点：①胶囊膨胀与测试段注水采用同一套注水系统，取消了单独供胶囊起胀用的注水或注气系统，消除了由于管路缠绕、堵塞发生孔内事故的隐患；②使用转换阀，通过钻具上下移动实现转换阀的机械转换，效果较可靠；③胶囊由钻机钻杆送入，克服大孔深探测难题；④胶囊膨胀压力可达4～6 MPa，在孔内水量较大(如10～20 m3/h)、水压力较大(如2～4 MPa)时依然适用；⑤孔口仪表连接简单、操作方便。

2.2 装置改进及其特点

660 MW超临界“W”火焰炉机组磨煤机台数匹配研究 段玉燕，李伟科，樊晓茹，吴阿峰，霍沛强(127)

  

图2 国内已有钻孔双端封堵测漏装置结构示意Fig.2 Existing borehole two-end seal leakage detectors

  

图3 压水试验装置连接示意Fig.3 Sketch of equipment with water injection leakage

转换阀是本套设备的核心部件，由内部件和外部件两部分构成(图4)。阀体、阀帽、卡外接头等构成外部件，卡内接头与阀芯构成内部件。

  

图4 转换阀工作原理示意Fig.4 Sketch of the change-over device

随着钻具上推和下拉带动转换阀内、外部件的相对移动，实现阀芯内部的空腔系统和阀体内部与胶囊、测试段连通的空腔系统之间连通的转换，通过注水系统注水或放水实现对胶囊膨胀、泄压，以及对测试段注水等作用。

1)状态1：钻具上推带动卡内接头和阀芯向上移动，使阀芯顶部与其内部空腔连通的孔眼和阀体内部与胶囊连通的空腔系统的内口位置对接起来，从而使阀芯内部、阀体内部与胶囊连接的空腔系统、胶囊之间的过水通道连通，从而起到对胶囊注水或泄压的作用。此时阀芯内部的空腔系统和阀体内部与测试段连通的空腔系统呈不连通状态。

2)状态2：钻具下拉带动卡内接头和阀芯向下移动，使阀芯顶部与其内部空腔连通的孔眼和阀体内部与测试段连通的空腔系统的内口位置对接起来，从而使阀芯内部、阀体内部与测试段连通的空腔系统、测试段之间的过水通道连通，从而起到使胶囊保持密封状态并对测试段注水的作用。此时阀芯内部的空腔系统和阀体内部与胶囊连通的空腔系统呈不连通状态。

其局限性主要表现在：①图2a和图2b人工连接推送杆将胶囊推送至孔内，探测孔深受到限制。图2a和图2b的注水阀门转换是依靠注水压力来完成的，由于注水阀门开启与关闭压力阀值不一致，容易使胶囊封堵失效，可靠性不强；②图2c和图2d胶囊和测试段注水采用2套独立的管路系统，仪表较多，管路系统及现场操作较为复杂。

2.3 测试步骤

每个测试段测试步骤如下：①下入钻具之前先测量孔内水量；②将胶囊连接好，并用钻具将胶囊下入指定位置。钻具接头均需用麻、生料带等密封；③连接注水管与钻具。此时转换阀呈现与胶囊连通状态。给胶囊注水加压至4 MPa，持续3～5 min；④胶囊密封后，测量孔内残留水量；⑤下拉钻具使其移动5～10 cm，转换阀转换状态，此时胶囊呈密封状态，转换阀与测试段之间的花管连通。确保转换阀转换且胶囊仍处于膨胀状态；⑥利用注水泵通过注水管路、花管等给测试段注水，并做好注水时间、注入水量以及异常情况等记录；⑦测试结束后，首先利用孔口水管的截止阀泄测试段的水压力；之后上推钻具使其移动5～10 cm，转换阀转换状态，花管呈关闭状态，转换阀与胶囊连通，通过截止阀泄水使胶囊泄压，应持续数分钟；最后将胶囊送至下一个测试段或退出。

3 试验实例测试结果

高家堡矿井首采工作面煤层埋深约1 km，采用综采放顶煤采煤工艺，已于2016年5月1回采结束。在终采线附近距离采空区有一定距离的辅运巷和运输巷间联络巷施工4井下个钻孔，并进行地层注水漏失量观测，其中TD4为背景孔，TD1～TD3为测试孔(图5)。

本次改进的井下上仰钻孔注水装置由注水泵、注水管路及水量、水压观测系统、钻机、钻具、转换阀、胶囊、花管等部件组成(图3)。

  

图5 钻孔分布示意Fig.5 Sketch of hole’s position

3.1 导水裂隙带及其顶界判别标准

1)TD2钻孔测试结果。以TD2钻孔为例说明。孔深118 m以上层段为宜君-洛河组，在注水压力2 MPa时注入水量为0，应为未受煤层回采扰动的正常地层(图6)。

通过分析地层漏失水量沿钻孔孔深由深至浅方向的变化规律，即关键寻找地层漏失水量突然增大的拐点位置，并结合注水压力，以及吸风、塌孔等异常现象合理确定导水裂隙带顶界位置。

2)测试结果。各钻孔注水测试结果见表1,如图8和图9所示。

3.2 钻孔压水测试结果

1)导水裂隙带顶界判别。综合分析地层注水压力、漏失水量，以及吸风、塌孔等异常现象，首先判断得到导水裂隙带的初步范围，再结合以下信息确定导水裂隙带顶界位置。①地层注入水量较大，之上地层注入水量急剧减小，之下地层注入水量减小或者呈齿状波动；②注水压力上升至某一数值(如1.8 MPa)后不再上升；③地层漏失水量较大，之上地层漏失水量急剧减小，之下地层漏失水量减小或者呈齿状波动；④孔内有吸风现象；⑤钻孔施工及压水测试期间，出现塌孔、地层破碎、水量变化、泥水涌出、胶囊封不住、胶囊破损等。

对于±800 kV滇西北至广东特高压直流输电线路工程共塔段线路，若将接地极线的铁塔横担更换为复合横担，复合横担长度暂取4.2 m(暂取该工程各塔型铁塔横担长度中的最小值)，雷击闪络率如表2所示。

  

图6 TD2钻孔注水量Fig.6 Water injection volume of Hole TD2

关键段为孔深100—106 m层段。不考虑塌孔段无试验数据的影响，该层段地层注水量呈齿状，孔深100—101 m、102—103 m段注水量较大，其余层段注水量显著偏小，受孔口涌水量较大(为10～12 m3/h)且存在波动等的影响，地层漏失量(已减去地层原始注入水量)仅孔深100—101 m、101—102 m、102—103 m段为正值，其余均为负值(图7)，负值表示注入水量小于测试前后孔口水量的增加量。孔深102—103 m段注水压力最大升至1.8 MPa。孔深105—106 m段注水时，孔内有明显的吸风现象。

同理，完全加权负项集NI(Negative Itemset)关联度(all-weighted Negative Itemset Relevancy,awNIR)的计算如式(9)所示：

  

图7 TD2钻孔地层漏失量Fig.7 Strata water leakage of Hole TD2

由于TD2钻孔与采空区有一定距离(平面投影距离约45 m)，工作面顶板导水裂隙与钻孔轨迹仅在采空区上覆地层中有部分重叠。孔深105—106 m段注水时可闻孔内有明显的吸风现象，表明导水裂隙带位于孔深105 m以下。结合地层注入水量、漏失水量分析认为，孔深103—105 m段未受煤层回采扰动，其下层段应为导水裂隙顶界位置。因此，确定TD2钻孔导水裂隙带顶界为孔深103 m，此时垂高84.37 m。

2)导水裂隙带高度计算。确定导水裂隙带顶界之后，即可计算该处至煤层采高顶界的垂距，即为导水裂隙带发育高度。

 

表1 钻孔压水测试结果统计

 

Table 1 Results of water injection leakage in holes

  

孔号测试段长/m方位角/(°)倾角/(°)导高顶点孔深/m导高顶点垂深/m判别标准备注TD198—1539250113.0086.56 ①注水量呈单峰状,111—113 m段最大为0.050 513 m3/min,向上急剧减小为0.000 325 m3/min;②漏失量仅112—113 m层段为正值,其余均为负值;③111—112 m段注水压力最大升至1.8 MPa,112—113 m最大升至1.7 MPa测试孔TD286—1319955103.0084.37 ①注水量呈齿状,102—103 m段最大为0.073 920 m3/min,向上103—104 m段急剧减小为0.01 m3/min;②漏失量仅100—103 m段为正值,其余为负值,103 m时漏失量达到最大;③在102—103 m段注水压力最大升至1.8 MPa;④105—106 m孔段注水时可闻孔内有明显的吸风现象测试孔TD3107—16010745124.5088.03 ①注水量呈齿状,在123.5—124.5 段最大为0.069 500 m3/min,向上急剧减小为0.014 365 m3/min;②漏失量呈齿状,在123.5—124.5段最大为0.064 742 m3/min,向上1 m急剧减小为0.011 594 m3/min,再向上2 m漏失量为负值测试孔TD493.5—15215355—— 安定组地层注入水量多为零,不漏失,局部层段最大注水量为0.005 385 m3/min,最大漏失量为0.000 338 m3/min背景孔

  

图8 实测导水裂隙带平面投影示意Fig.8 Heights of water flowing fractured zone in the plane

  

钻孔轨迹上小圆圈代表实测导水裂缝带顶界位置图9 实测导水裂隙带剖面投影示意图Fig.9 Heights of water flowing fractured zone vertically

结合钻孔地层漏失水量、注水压力异常、钻孔是否有吸风现象、以及塌孔等现象，综合判定导水裂隙带高度。

实测101工作面终采线附近的TD1、TD2、TD3钻孔导水裂隙带高度分别为86.56、84.37和88.03 m。导水裂隙带高度自运输巷外侧向工作面内侧(沿TD2→TD1→TD3钻孔方向)逐渐增大，大致位于同一个水平岩层内。

由此可见，在教育转化问题学生的过程中，设计思维可以帮助班主任摆脱学生问题本身的束缚，让班主任进入更积极主动的目标实现中，根除了传统教育转化问题学生消极被动的弊病。

公共艺术作为公共空间中的艺术形态，不仅以重要的人文景观，起着协调环境、发挥公共空间亲和力和审美趣味提升的作用，还以一种特殊的形式提醒大众合理处理人与自然的正常而和谐的关系，在人与自然环境之间建立一种平衡。当然，科学发展观指导下的科学和技术，在合理利用、开发和保护自然方面发挥着主导的作用，但是，艺术在修复人与自然的关系、创造人与自然的新关系方面也有着不可忽视的力量。艺术家在开放的、较大空间区域里，通过对空间的重新构架、特殊材质运用、造型与色彩的奇妙组合、AR HR等新媒体的应用，等一系列艺术创作手段，创造出人与自然和谐关系的公共艺术作品，警示自然环境对人类生存与发展的重要性。

3)结果分析。101工作面回采期间，局部地段煤层采高较大(最大约7.5 m)。煤层顶界至洛河组底界间距为95～100 m，采用裂采比20倍(本矿井和相邻矿井实测综放开采条件下裂采比多大于20倍)预测煤层顶板导水裂隙带最大高度为150 m，局部地段顶板导水裂隙已波及洛河组含水层50～55 m(垂深)。期间，白垩系洛河组含水层地下水位累计下降28.76～196.37 m，工作面最大涌水量为1200 m3/h，采后初期稳定涌水量为830 m3/h。在工作面涌水量出现变化时，洛河组地下水位及时表现出明显的响应，且涌水水质与洛河组水质接近，表明洛河组含水层水已大量参与101工作面涌水。

首先，针对跨区域活动的趋势，我国应当尽快在中央建立专门的反黑领导机构，再组建一支国家级的打黑专业队伍。这支队伍的主体应当从公、检、法抽调精兵强将组成，并相对独立于各政法部门，直接对反黑领导机构负责，再辅之以法律、金融等相关行业的专家组成顾问团，主要负责全国反黑情报的收集、研判、立案、流转、指导等工作。［20］这种做法的优势在于，可以从中央层面掌握和分析全国有组织犯罪态势，制定宏观的打击战略和方针，协调各执法部门工作，统筹打击力量，确保打击效果;相对独立和高级别的机构也能较少受到“保护伞”的干扰，有利于深挖国家公职人员中的“内线”。［21］

由于回撤面等工作影响，101工作面终采线附近的推采速度缓慢，煤层采高降低。因此，终采线附近的顶板导水裂隙带发育不充分。结合101工作面回采期间涌水量、地下水位、水质等资料分析，本次实测的煤层顶板导水裂隙带高度符合矿井实际情况。

韩长赋强调，土地制度作为农村最基本的制度，必须适应新的形势变化进行改革和完善，这是新时代赋予的新使命。要明确农村土地制度改革的主线、目标、重点、路径和底线，准确把握改革的形势要求，进一步优化土地资源配置，加大对农民的土地权益保护，强化土地制度供给。

4 结 论

1)发明了可通过钻具上、下移动实现胶囊、测试段与注水系统之间连接与切换的转换阀。转换阀为机械转换，可靠性较高。通过采用转换阀对注水装置进行了改进，不仅简化了注水系统，取消了单独供胶囊起胀用的注水或注气管路系统，简化了孔口仪表，而且扩大了测试钻孔适用范围，在孔深较大、孔内涌水较大且有一定水压力时依然适用。

2)结合工作面涌水量、地下水位、水质等资料分析，本次实测的101工作面终采线附近煤层顶板导水裂隙带高度符合实际情况。

3)判断转换阀是否成功实现胶囊与测试段注水之间的转换，主要依据现场操作人员的经验、操作，及其对各种信息的综合判断。后续可通过监测胶囊内注水压力数值直观监测与判断胶囊与测试段注水之间的连接与转换，并实现所监测水压力数据的孔内无线传输。

参考文献(References):

[1] 武 强,赵苏启,董书宁,等.煤矿防治水手册[M].北京:煤炭工业出版社,2013.

[2] 国家安全生产监督管理总局,国家煤矿安全监察局.煤矿防治水规定[M].北京：煤炭工业出版社,2012.

[3] 国家煤矿安全监察局.煤矿防治水规定释义[M].徐州：中国矿业大学出版社,2009.

[4] 舒宗运,黎 灵,李宏杰.特厚煤层综放开采覆岩“两带”高度研究[J].煤炭科学技术,2016,44(S1):52-54.

SHU Zongyun,LI Ling,LI Hongjie.Study on conducted zone and caving zone height of overlying rock with extremely thick coal in fully-mechanized caving coal face [J].Coal Science and Technology,2016,44(S1):52-54.

[5] 张国奇,吕晓磊,李东发,等.半固结砂岩含水层下综放开采“两带”高度实测研究[J].煤炭科学技术,2017,45(S1):183-185,195.

ZHANG Guoqi,LYU Xiaolei,LI Dongfa,et al.Research on in-site measure height of caving zone and fractured zone in fully-mechanized top coal caving face under semi-consolidated sandstone aquifer [J].Coal Science and Technology,2017,45(S1):183-185,195.

[6] 余学义,王金东,赵兵朝.机械化开采条件下导水裂隙带发育高度研究[J].煤炭工程,2015,47(9):86-89.

YU Xueyi,WANG Jindong,ZHAO Bingchao.Research on height of water flowing fractured zone under mechanized mining[J].Coal Engineering.2015,47(9):86-89.

[7] 许家林.岩层采动裂隙演化规律与应用[M].徐州:中国矿业大学出版社,2016.

[8] 虎维岳.矿山水害防治理论与方法[M].北京：煤炭工业出版社,2005.

[9] 王国睦,胡文朋,廖家凯,等.水体下采面“上三带”高度计算分析[J].中州煤炭,2016(10):150-153.

WANG Guomu,HU Wenpeng,LIAO Jiakai,et al.Analysis on calculation for the height of “upper three zones” on mining face under water bodies[J].Zhongzhou Coal,2016(10):150-153.

[10] 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,(5):126-128.

WANG Shuangmei.A brief review of the methods determining the height of permeable fracture zone[J].Hydrogeology & Engineering Geology,2006,(5):126-128.

[11] 吕玉广,张 雁.国内导水裂缝带研究现状及发展趋势[J].煤矿现代化,2013(2):101-104.

LYU Yuguang,ZHANG Yan.Research status and development trend of water-flowing fractured zone[J].Coal Mine Modernization,2013(2):101-104.

[12] 邢延团，郑 纲，马培智.井下仰孔注水测漏法探测导水裂缝带高度的研究[J].煤田地质与勘探，2004，32(S1)：186-190.

XING Yantuan，ZHENG Gang，MA Peizhi.Exploring the water-transmit crevice developing height with injection water leakage in the upward slant hole[J].Coal Geology & Exploration,2004，32(S1)：186-190.

[13] 李文生,李 文,尹尚先.综采一次采全高顶板导水裂缝带发育高度研究[J].煤炭科学技术，2012,40(6):104-107.

LI Wensheng,LI Wen,YIN Shangxian.Study on development height of water flow crack zone in roof above fully mechanized one passing full seam mining Face[J].Coal Science and Technology.，2012,40(6):104-107.

[14] 余学义,刘 俊,王 鹏,等.特厚煤层分层开采导水裂隙带高度探测研究[J].中州煤炭,2013(7):4-7,11.

YU Xueyi,LIU Jun,WANG Peng,et al.Exploring research on height of water flowing fractured zone of extremely thick coal seams to slice mining[J].Zhongzhou Coal,2013(7):4-7,11.

[15] 邵昌尧,刘业献,栾元重,等.唐口煤矿2309工作面覆岩导水断裂带高度分析[J].矿业安全与环保,2014,41(4):77-79.

SHAO Changyao,LIU Yexian,LUAN Yuanzhong,et al.Analysis on water-flowing fractured zone height in overburden strata of No.2309 working face in Tangkou Mine[J].Mining Safety & Environmental Protection,2014,41(4):77-79.

[16] 朱德明,田恒洲,华兰如,等.井下仰孔探测导水裂缝带技术方法试验[J].煤炭科学技术,1991，19(10):4-8.

ZHU Deming,TIAN Hengzhou,HUA Lanru,et al.Technology test of determining the height of water flowing fractured zone in the upward slant hole[J].Coal Science and Technology,1991，19(10):4-8.

[17] 孙振鹏,朱德明.钻孔双端封堵测漏装置:中国，CN2112152U[P].1992-08-05.

[18] 成 枢,孙振鹏,朱 鲁,等.导水裂缝带高度的探测研究[J].矿山测量,1999(4):24-25.

CHEN Shu,SUN Zhenpeng,ZHU Lu,et al.Exploring research on height of water flowing fractured zone [J].Mine Surveying,1999(4):24-25.

[19] 高保彬,刘云鹏,潘家宇,等.水体下采煤中导水裂隙带高度的探测与分析[J].岩石力学与工程学报,2014,33(S1):3385-3390.

GAO Baobin,LIU Yunpeng,PAN Jiayu,et al.Detection and analysis of height of water flowing fractured zone in underwater mining[J].Chinese Journal of Rock Mechanics and Engineering,2014,33(S1):3385-3390.

[20] 颜世杰,于传文,王广昌,等.“三软”深部地层开采覆岩导水裂缝带高度观测技术[J].山东煤炭科技,1995(2):20-24.

YAN Shijie,YU Chuanwen,WANG Guangchang,et al.Technology of determining the height of water flowing fractured zone in roof of “Three Soft” deep strata [J].Shandong Coal Science and Technology,1995(2):20-24.

[21] 陈绍杰,刘小岩,朱 彥,等.一种用于钻孔双端封堵测漏测量的液压自动送杆装置:中国，CN104790887A[P].2015-07-22.