特厚煤層采場上方覆巖導水裂隙帶高度的測定

文/楊居友

特厚煤層采場上方覆巖導水裂隙帶高度的測定

文/楊居友

特厚煤層采場上方覆巖導水裂隙帶高度如何確定，關系著特厚煤層安全開采及保護煤柱留設等重大問題，開灤唐山礦業分公司與中國礦業大學聯合開發，研制技術可行、操作方便的新工藝，解決了特厚煤層采場上方覆巖導水裂隙帶高度的測定問題，為特厚煤層上方實現注漿減沉提供了注漿孔底部合理參數。

一、特厚煤層采場上方覆巖導水裂隙帶高度地面鉆孔的測定

1.地表鉆孔沖洗液消耗量觀測導高

導水裂隙帶高度觀測采取“雙端堵水器”導高觀測新技術。觀測精度高、性能可靠，能夠分辨出導水裂隙帶內各個層位的導水性能。

地面導高觀測步驟：操作起脹控制臺，使探頭的兩個膠囊處于無壓收縮狀態；使用鉆機鉆桿（或使用推桿，人力推動）將探頭推移到位；操作起脹控制臺，對探頭的兩個膠囊注氣加壓，使之處于承壓膨脹狀態，從而封堵分隔一段鉆孔；操作注氣控制臺，對分隔出的一段鉆孔進行注氣觀測，通過注氣控制臺上的流量計，觀測出這段巖層單位時間的注氣滲流量，從而測試出這段巖層的透氣性能，根據透氣性能來判斷導水裂隙帶高度。

2.T2291工作面的地質開采條件

導水裂隙帶高度觀測工作面T2291位于礦井12水平鐵二區的二采區。該工作面走向長度1062m，工作面傾斜長度138m，煤層平均厚度10m。煤層平均傾角12°。煤層平均埋深636m。地質儲量185.74萬t，可采儲量148.59萬t，煤層為9煤層。老頂為灰色細砂巖，厚度約14.5m，直接頂為灰色砂質泥巖，厚度約4m。偽頂為灰色泥巖，厚度約0.5m。直接底為深灰色泥巖，厚約4.5m。老底為深灰色砂質泥巖，厚度2.0m。觀測鉆孔布置在T2291工作面的中部，在工作面走向鉆孔距開切眼的距離為350m，在工作面傾斜方向鉆孔與上、下順槽的距離均為69m。觀測孔處，9煤層的底板標高是-633m，煤層頂板標高則為-623m，地表標高+13m，鉆孔在延伸過程中，鉆孔水位也充分反應了導高上限的位置，孔深由475m延伸到485m，鉆孔內由穩定的存水突變到無水，這充分表明導高上限在475m～485m之間。根據地表鉆孔沖洗液消耗量導高觀測法的原理，同時從安全角度考慮，該工作面采場覆巖導高上限確定在孔深475m處。導高發育上限標高為13-475=-462m，所以該工作面采場覆巖導水裂縫帶高度為：H=623-462=161m。即T2291面采場覆巖導高是采厚M的16.1倍。

二、特厚煤層采場上方覆巖導水裂隙帶高度工作面鉆孔的測定

1.井下導高觀測儀與井下導高觀測方法

T2192綜放面位于鐵二采區鐵路煤柱的東南側。南鄰是采空區，北鄰是煤柱。平均采深為613.5m，9煤層至5煤層間距為37m。9煤層厚度為10.14m。工作面走向長960m，在回采工作面周邊的適當位置，向采空區上方打仰斜鉆孔，該鉆孔穿透覆巖導水裂隙帶，并進入其上方的彎曲帶一定距離，一般10m左右則可，該鉆孔就是導高觀測鉆孔。使用導高觀測儀，由孔口起自下而上逐段（每段1m）測試每段巖層的導水性能，一直測試到孔底。實測到的透水巖層的最大高度就是采場覆巖的導水裂隙帶高度。井下導高觀測儀結構與觀測原理如圖1所示，主要由三部分組成：探頭、連接管路、控制臺。本次觀測共設置一個觀測剖面，兩個鉆孔，鉆孔參數如表1所示。

圖1井下導高觀測儀結構與觀測原理示意圖

表1 T2192綜放面導高觀測鉆孔參數表

2.T2192綜放面采場覆巖導高觀測成果分析

1號鉆孔。1號鉆孔的導高觀測的觀測范圍是孔深90～125m，沒能觀測到導高上限，原因是150型的鉆機能力不夠。根據1號鉆孔的導高觀測成果，觀測段內巖層全部處于導水裂隙帶之內，只能得出如下相對性的結論（第5煤層距第9煤層間距為37m）：

即導高：H1＞37+125×sin40°=37+80.3= 117.3m

2號鉆孔。2號鉆孔換成了300型鉆機施工，導高觀測的觀測范圍是孔深92～172.5m，依然沒能觀測到導高上限，分析原因為巖層堅硬，煤層采厚較大（10.14m），覆巖導高發育較高。根據2號鉆孔的導高觀測成果，觀測段內巖層全部處于導水裂隙帶之內，可得出如下相對性的結論：

即導高：H2＞37+172.5×sin36°=37+ 101.4=138.4m

綜合分析。綜合T2192面兩個井下鉆孔的實測資料，可得出結論：導高H＞138. 4m，導高采厚比為：H/M＞138.4/ 10.14=13.6。

三、鐵二采區導高觀測綜合成果

由T2192和T2291工作面實測資料得出結論：鐵二采區綜放開采，上覆巖導水裂隙帶高度（取最大值）導高H（161m）是采厚M的16.1倍。

四、結語

鐵二采區綜放開采（其上方）進行覆巖離層注漿工藝，已取得地表減少下沉量5077.5mm，注漿減沉率為51.5%的效果。由于正確選擇了覆巖導水裂隙帶高度，在離層帶內累計注漿713.3萬m2，所含水量541.1萬m2，工作面沒有出現涌水現象，安全開采原煤1163.37萬t，取得綜合經濟效益51億元。

（作者單位：開灤唐山礦業分公司）

（責任編輯：龐永厚）