回采工作面底板破壞帶深度探測分析

陳義偉

(神東煤炭集團保德煤礦，山西 保德 036600)

0 引言

目前保德煤礦所有回采工作面均為帶壓開采，2010年僅對81300-2工作面底板破壞帶深度進行了探測，三盤區深部區尚未進行探測。為了確保工作面的安全回采，避免在工作面回采過程中(或回采后)底板破壞帶與奧灰水溝通(或底板阻水帶不足以抵擋奧灰水水壓)造成突水，需要對三盤區深部區回采工作面底板破壞帶進行探測分析。

1 采后煤層底板破壞深度測試

81306工作面底板標高為+689～+719 m，低于奧灰水水頭標高+839 m，若遇底板隱伏導水構造，則有奧灰水突水危險，存在帶壓開采問題。煤層采動破壞深度在以前并未引起人們的重視，直到面臨帶壓開采的問題后，才被眾多研究人員重視。測試鉆場布置在81307工作面二回風巷，從81307工作面二回風巷朝81306工作面方向設計施工鉆孔5個，通過壓水試驗測試底板破壞深度，進行采前采后對比分析。

1.1 測試工作面地質條件

81306工作面位于2號主輔運大巷以南，井田邊界以北，以東為81305工作面(已回采)，以西為81307工作面。工作面之間留設25 m寬的煤柱。地面標高為+971～+1 106 m，工作面底板標高為+689～+719 m，工作面走向長2 744.4 m，傾斜長260 m。煤巖層總體近南北走向，呈向西傾斜的單斜構造，煤層傾角為3°～7°，平均4°左右。

煤層老頂為粗砂巖、細砂巖，灰白色，成分以石英為主，長石次之，含暗色碎屑，分選性中等，次圓狀，泥質充填，厚度6.08～9.26 m；直接頂為砂質泥巖、含礫粗砂巖，砂泥質結構，水平紋理，平坦狀結構，含少量不完整植物化石，厚度2.83～12.96 m；直接底為粉砂巖、粗砂巖、中砂巖，灰黑色，泥質結構，水平紋理，含不完整化石，厚度3.15～9.15 m。

區內地表絕大部分為黃土覆蓋，地形切割較嚴重，溝壑發育。據鉆探資料顯示，第四系松散孔隙含水層富水性弱，接受大氣降水補給，但排泄迅急，補給有限，對生產影響甚微。煤系砂巖含水層裂隙水為主要充水水源，通過側向補給，補給穩定，正常情況，巷道表現為滴、淋水。工作面煤層底板標高低于奧灰水水頭標高+839 m，最大水頭壓力為1.35 MPa，若遇底板隱伏導水構造，則有奧灰水突水危險。

1.2 鉆孔測試

為了對采前采后工作面底板破壞深度進行測試對比，在81307工作面二回16聯巷朝向81306工作面方向布置2個測試鉆孔，孔號分別為T1、T2；19聯巷布置3個測試鉆孔，孔號分別為T3、T4、T5，其鉆孔平面位置如圖1所示。

圖1 81306工作面鉆孔平面布置圖

鉆孔設計為二級結構，即φ133 mm鉆頭開孔，下入6 m長度的φ108 mm孔口管，變φ94 mm鉆頭終孔，鉆孔達到設計深度即可終孔。其鉆孔參數如圖2所示。

圖2 81306工作面鉆孔參數示意圖

1.3 鉆孔施工工藝

鉆孔施工流程：鉆孔定位→開孔鉆進至6.5 m，安裝孔口管→變徑鉆進至設計深度→沖洗鉆孔→安裝壓水裝置→進行壓水試驗→封孔。

施工工藝：①鉆機設置及角度調整。利用地質羅盤，按設計的方位角及仰角調整并固定鉆機；②鉆進方法。采用φ94 mmPDC復合片鉆頭鉆進，沖洗液采用清水；③鉆進工藝參數。PDC復合片鉆頭鉆進時，轉數150～200 rpm，壓力500～550 kg，沖洗液量50 L/min；④鉆進施工過程中隨時做好鉆探記錄工作；鉆探完成后根據實際需要，可對部分鉆孔進行測斜；⑤采用清水沖洗鉆孔；⑥通過鉆桿將雙栓塞送至測試段位置，對膠塞打壓，封堵鉆孔；⑦在孔口連接測試裝置，進行壓水試驗；⑧鉆孔封孔。采用1∶1水泥漿進行注漿封孔，孔內下入φ50 mm PVC注漿管至孔底，進行注漿封孔。

2 探測結果分析

本工程測試分為采前、采后2種情況。第一次測試為采前測試，即鉆孔對應工作面未開采前進行測試，各鉆孔測試段第一次背景值測定，均未發現漏失現象，不再進行圖表繪制分析。第二次測試為采后測試，此次數據分析主要對第二次采后測試進行。

2.1 T3、T4、T5鉆孔

81307工作面二回19聯巷鉆場布置3個鉆孔，此時回采工作面距離鉆場約100 m。

T3孔測試段為28～60 m，根據T3孔測試數據顯示，鉆孔在30～40 m段存在漏失現象，其中在36～40 m段有明顯漏失現象，該段對應垂深為23.1～25.7 m，最大漏失量為31.5 L/min。該鉆孔其余測試段均未發現漏失情況。測試成果如圖3所示。

圖3 T3鉆孔漏失量圖

T4孔測試段為24～70 m，根據T4孔測試數據顯示，鉆孔在26～48 m段存在漏失現象，明顯漏失段有2處。第一段為測試段26～28 m處，對應垂深為14.2～15.2 m，最大漏失量為28.1 L/min。第二段為測試段42～48 m處，對應垂深為22.9～26.1 m，最大漏失量為33.9 L/min。該鉆孔其余測試段均未發現漏失情況。測試成果如圖4所示。

圖4 T4鉆孔漏失量圖

T5孔測試段為24～82 m，根據T5孔測試數據顯示，鉆孔在30～56 m段存在漏失現象，明顯漏失段有2處。第一段為測試段30～34 m處，對應垂深為14.1～16 m，最大漏失量為23.4 L/min。第二段為測試段52～56 m處，對應垂深為24.4～26.3 m，最大漏失量為32.5 L/min。該鉆孔其余測試段均未發現漏失情況。測試成果如圖5所示。

圖5 T5鉆孔漏失量圖

2.2 T1、T2鉆孔

81307工作面二回16聯巷鉆場布置2個鉆孔，此時該工作面已回采完，停采面距鉆場53 m。

T1孔測試段為28～60 m，根據T1孔測試數據顯示，鉆孔在30～40 m段存在漏失現象，其中在38～40 m段測得有明顯漏失現象。該段對應垂深為24.4～25.7 m，最大漏失量為26.5 L/min。該鉆孔其余測試段均未發現漏失情況。測試成果如圖6所示。

圖6 T1鉆孔漏失量圖

T2孔測試段為26～70 m，根據T2孔測試數據顯示，鉆孔在28～48 m段存在漏失現象，明顯漏失段有2處。第一段為測試段28～30 m處，對應垂深為15.2～16.3 m，最大漏失量為27.4 L/min。第二段為測試段44～48 m處，對應垂深為24～26.1 m，最大漏失量為39.7 L/min。該鉆孔其余測試段均未發現漏失情況。測試成果如圖7所示。

圖7 T2鉆孔漏失量圖

2.3 三盤區底板破壞深度測試成果

對T1、T2、T3、T4、T5 5個鉆孔測試數據分析結果進行匯總可得表1。

表1 三盤區底板破壞深度測試成果匯總表

根據探測鉆孔揭露段分析，判定三盤區81306工作面底板破壞帶深度為14.1～26.3 m。

3 結論

(1)三盤區81306工作面底板破壞帶深度為14.1～26.3 m。

(2)81306工作面中部和距離回撤通道30 m處測得回采工作面底板最大破壞帶深度均在26 m左右，判斷81306工作面底板破壞帶深度在這2處差別不大。

(3)三盤區81306工作面回采底板破壞深度與81300-1工作面輔回撤通道部分測試鉆孔測得的數據表明2個回采工作面底板破壞機理相似；但81300-1回采工作面底板破壞深度為31.11 m，較81306工作面測試結論26.3 m深，表明2個回采工作面底板破壞帶深度存在差異性。

(4)此次測試沒有明顯測出回采工作面底板破壞深度帶一般破壞規律中所呈現的“馬鞍型”邊界，這是由于此次測試鉆孔布置密度不足，所測得底板破壞深度不能較好反應回采工作面底板破壞特征邊界；另一方面由于工作面底板巖層泥巖、砂巖、煤層互層情況復雜，對底板破壞帶邊界測定也存在一定影響。

(5)回采工作面底板破壞深度受工作面埋深、傾斜長度、走向長度，煤層傾角、厚度，底板巖層、回采工藝等因素的影響，本次測試得的采后工作面底板最大破壞深度，并不是說明工作面回采影響范圍就在這一深度處，而是利用采動后和原始滲透系數的變化，來查明工作面回采對煤層底板巖層的影響范圍。因此，測試結果對保德煤礦制定奧灰水防治措施具有一定參考性。