新疆伊北礦區(qū)開采覆巖破壞高度研究與分析

熊鵬飛+胡文宣+朱美燕

摘 要：我國新疆地區(qū)因煤炭資源開發(fā)起步較晚，覆巖破壞研究數(shù)據(jù)嚴(yán)重缺乏。伊犁四號礦井是伊北礦區(qū)第一個投入生產(chǎn)的現(xiàn)代化特大型礦井，對于該礦區(qū)覆巖破壞機(jī)理以前未有任何借鑒經(jīng)驗。通過研究該礦區(qū)第一個綜放工作面21103工作面的覆巖破壞高度，既確保了安全開采，也為今后礦區(qū)大規(guī)模開發(fā)打下堅實基礎(chǔ)，具有顯著的意義。

關(guān)鍵詞：研究；覆巖破壞高度；安全開采

中圖分類號：TD82 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）15-0122-01

伊北礦區(qū)特有的淺埋深厚煤層條件下，采用大采高、綜放開采工藝高強(qiáng)度開采加劇了覆巖采動裂隙的發(fā)育高度和劇烈程度?，F(xiàn)有勘探資料表明，井田范圍內(nèi)21-1煤層頂板砂礫巖含水層對井田淺部煤層的開采構(gòu)成較大威脅，而煤層開采的覆巖破壞高度成為工作面安全開采的關(guān)鍵。因此對伊犁四礦21103試采工作面開采覆巖破壞高度進(jìn)行研究，為工作面安全開采提供技術(shù)依據(jù)。

1 工程概況

伊犁四號礦井是新疆伊北礦區(qū)設(shè)計的五對特大型現(xiàn)代化礦井之一，設(shè)計生產(chǎn)能力600萬噸/年。21103工作面采用綜放開采21-1煤層，煤層厚度4.8～8.5m，是礦井的試采工作面。對該工作面開采的覆巖破壞高度進(jìn)行實測研究，獲取21-1煤層開采的覆巖破壞規(guī)律，為礦井確定合理開采厚度、制定安全有效的防治水措施提供技術(shù)支撐。

2 覆巖破壞觀測鉆孔

覆巖破壞觀測鉆孔是通過在目標(biāo)工作面地表施工鉆孔，觀測鉆進(jìn)期間的鉆孔沖洗液消耗量、鉆孔施工異常情況、鉆孔取芯情況綜合判定覆巖采動后的裂隙發(fā)育情況，確定覆巖破壞高度。為了準(zhǔn)確觀測到采空區(qū)導(dǎo)水裂縫帶的最大高度及巖層的破壞特征，在工作面布設(shè)了2個采后“兩帶”觀測孔CH01孔、CH02孔，在21103工作面以北大巷位置布設(shè)了一個采前對比孔DF01孔，以下主要對兩個采后孔CH01、CH02孔對作詳細(xì)分析。

3 CH01孔觀測結(jié)果及分析

CH01鉆孔的沖洗液漏失量觀測從孔深39.53m開始，至孔深41.98m沖洗液全部漏失且不再返水，鉆孔水位變化的觀測從孔深39.53m開始，至孔深59.62m觀測不到水位。

套管以下層段采用清水鉆進(jìn)，在孔深40.03～41.03m層段，鉆孔沖洗液消耗量為1.054～1.207 l/s.m，表明此段巖層裂縫較為發(fā)育；從孔深41.24m開始，沖洗液消耗量迅速增大至2.983l/s.m，在孔深41.73m處不再返水，在孔深41.98m處沖洗液處于臨界返水狀態(tài)，在孔深42.34m處沖洗液循環(huán)徹底終止。鉆孔水位則從孔深41.24m處由孔深1.2m迅速下降至30.05m，水位距離孔底11.19m，至孔深59.62m后觀測不到水位。鉆探取芯反映在孔深39.53～56.72m層段巖芯破碎，可見高角度次生裂縫，裂縫面新鮮、無充填物，表現(xiàn)為明顯的采動裂縫發(fā)育特征，下部層段巖芯基本已失去原有層序性。

4 CH02孔觀測結(jié)果及分析

CH02鉆孔的沖洗液漏失量觀測從孔深47.24m開始，至孔深51.14m沖洗液全部漏失且不再返水，鉆孔水位變化的觀測從孔深45.44m開始，至孔深51.58m觀測不到水位。

在孔深47.24～48.84m層段，沖洗液消耗量為0.080～0.640 l/s.m，漏失量較?。粡目咨?9.14m開始，沖洗液消耗量迅速增大至0.96l/s.m，在孔深50.64m處沖洗液漏失量增大至2.560l/s.m，在孔深51.14m處沖洗液循環(huán)徹底終止。鉆孔水位觀測從孔深45.44m開始，到51.58m觀測不到水位，在孔深45.44～48.84m層段，水位在孔深27.45～36.88m之間，距離孔底8.74～21.39m，至孔深51.58m后鉆孔觀測不到水位。

鉆探取芯反映在孔深47.24～51.58m層段巖芯破碎，表現(xiàn)為明顯的采動裂縫發(fā)育特征，下部層段巖芯基本已失去原有層序性。

分析認(rèn)為，上述層段出現(xiàn)沖洗液全部漏失及鉆孔水位大幅下降直至孔內(nèi)水位全部消失的現(xiàn)象是覆巖受到較明顯的采動破壞性影響，覆巖采動裂隙延伸擴(kuò)展，增加了巖層滲透性，使得鉆孔沖洗液漏失量大幅增加，直至循環(huán)中斷、孔內(nèi)水位全部漏失。經(jīng)綜合分析計算，CH01孔觀測到的垮落帶頂點的孔深初步判定為50.70m，垮落帶高度為12.29m。CH02孔觀測到的垮落帶頂點的孔深初步判定為62.21m，垮落帶高度為10.98m。

5 結(jié)語

伊犁四礦21-1煤層21103工作面采后“兩帶”觀測孔取得了可靠的觀測數(shù)據(jù)。經(jīng)詳細(xì)的數(shù)據(jù)分析總結(jié)，得到了伊犁四礦21-1煤層21103工作面覆巖破壞高度觀測結(jié)果。

（1）通過鉆孔沖洗液漏失量觀測成果，結(jié)合鉆孔彩色電視最終確定出伊犁四礦21-1煤層21103工作面覆巖破壞高度預(yù)計結(jié)果如表1所示。伊犁四礦21-1煤層開采的覆巖破壞高度可以按照垮采比為3.3進(jìn)行預(yù)計。

（2）2個“兩帶”孔的預(yù)計垮落帶頂點位于中生界侏羅系巖層，距離新生界古近系巖層22.72～25.35m，其中CH01鉆孔為22.72m，CH02鉆孔為25.35m。endprint