峻德煤礦二水平南三區(qū)30層工作面導(dǎo)水裂隙帶高度探測研究

摘 要：導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度（簡稱導(dǎo)高）的研究是礦井開采中合理確定開采邊界的基礎(chǔ)，是礦井水體下采煤安全生產(chǎn)的關(guān)鍵，尤其是隨著煤層采厚的增加，經(jīng)驗計算公式的誤差會更大，因此，井下導(dǎo)水裂隙帶高度的現(xiàn)場探測還是一種最為可靠的方法，對礦井安全開采和煤柱留設(shè)具有重要意義。

關(guān)鍵詞：安全生產(chǎn);導(dǎo)水裂隙帶;實測;發(fā)育高度

一、引言

峻德煤礦當(dāng)前工作面開采過程中受上覆含水層影響較大，影響工作面的安全高效開采，礦井二水平南三采區(qū)30層工作面處在亞風(fēng)化裂隙含水帶內(nèi)，主要充水因素為煤系裂隙含水層，以構(gòu)造裂隙方式溝通含水層，表現(xiàn)為構(gòu)造裂隙處淋水，水體下安全開采的形勢較為嚴(yán)峻。

二、工作面概況

二水平南三區(qū)30層工作面于2014年5月開始回采層煤賦存穩(wěn)定，以亮煤為主，少量暗煤，結(jié)構(gòu)簡單，層理發(fā)育，煤層總厚度3.03～5.11m，有益厚度2.40～3.86m，工作面平均采高3.5m，區(qū)內(nèi)上覆第四紀(jì)砂巖層，砂巖層底板標(biāo)高175～188m，厚度46～55m。殘余水頭高度22～32m，同時區(qū)內(nèi)上覆第三系地層，底板標(biāo)高+2～+84m，厚度61～168m，富水性中等。

三、導(dǎo)水裂隙帶觀測過程

（一）導(dǎo)高預(yù)計

導(dǎo)高預(yù)計是進行觀測設(shè)計的依據(jù)，只有較準(zhǔn)確的預(yù)計冒落帶高度和導(dǎo)水裂隙帶高度，才能合理的設(shè)計和施工觀測鉆孔，并保證觀測成功。導(dǎo)水裂隙帶和冒落帶的發(fā)育高度主要取決于煤層采厚、地層結(jié)構(gòu)、巖石力學(xué)性質(zhì)和開采方法等。峻德煤礦二水平南三采區(qū)30層的頂板以粉砂巖、 粗砂巖等為主，屬于中等堅硬巖層。根據(jù)工作面地質(zhì)資料，導(dǎo)高觀測斷面處（停采線位置）開采煤層厚度M=3.75m。依據(jù)經(jīng)驗公式計算結(jié)果、數(shù)值模擬分析結(jié)果以及以往的經(jīng)驗取值，取中等堅硬巖層頂板的導(dǎo)高采厚比范圍為10～16，冒落帶高度與采厚比為5，來進行導(dǎo)高觀測鉆孔的設(shè)計。

覆巖導(dǎo)高預(yù)計如下：

導(dǎo)高上限：H導(dǎo)上=16·M=16×3.75=60（m）

導(dǎo)高下限：H導(dǎo)下=10·M=10×3.75=37.5 （m）

冒? ? 高：H冒=3·M=3×3.75=11.25（m）

（二）確定觀測剖面位置

根據(jù)二水平南三區(qū)30層的地質(zhì)資料、巷道條件和觀測時間要求，工作面導(dǎo)水裂隙帶高度觀測鉆孔的觀測位置宜設(shè)在工作面的上下順槽附近，與工作面采空區(qū)之間留設(shè)有合理寬度的隔離煤柱。在上下順槽附近布置觀測鉆場向工作面采空區(qū)方向施工導(dǎo)高觀測鉆孔。根據(jù)工程地質(zhì)條件分析以及現(xiàn)場施工選點，確定在距工作面風(fēng)道垂距20m、水平距離50m處的一條巷道內(nèi)設(shè)置觀測鉆場，在鉆場內(nèi)布置鉆機進行施工。根據(jù)現(xiàn)場工程地質(zhì)條件分析，觀測斷面位置處工作面平均長度150m，煤層傾角約為40°，平均采高3.75m，以上述參數(shù)作為導(dǎo)高觀測鉆孔參數(shù)的設(shè)計依據(jù)。施工觀測鉆孔時，由觀測位置向工作面采空區(qū)方向施工導(dǎo)高觀測鉆孔3個，觀測鉆場選擇及鉆孔布置平面圖如圖1所示。

（三）鉆孔布置方案

工作面覆巖導(dǎo)水裂隙帶高度的觀測需要在鉆場處施工3個觀測鉆孔，導(dǎo)高觀測鉆孔布置剖面圖如圖2所示。

（四）觀測結(jié)果匯總分析

本次現(xiàn)場實測3個頂板導(dǎo)高觀測鉆孔，3個鉆孔均比較準(zhǔn)確地測試出了峻德煤礦二水平南三采區(qū)30層工作面導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度的上限值，觀測成果相互印證，可以得到較為可靠的導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度結(jié)果。

鉆場觀測斷面觀測結(jié)果匯總：

1#孔：H（1）=39.1m? ? ?2#孔：H（2）=38.9m? ? 3#孔：H（4）=42.4m

對比三個鉆孔的觀測結(jié)果較為接近，也說明了三個鉆孔觀測結(jié)果的準(zhǔn)確性。在工程現(xiàn)場參數(shù)取值中，為了保證較高的安全系數(shù)，往往取最大值作為最終結(jié)果。因此，根據(jù)現(xiàn)場實測數(shù)據(jù)，最終確定峻德煤礦二水平南三采區(qū)30層工作面導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度現(xiàn)場實測結(jié)果為42.4m。

根據(jù)對觀測位置附近工作面煤層的采厚進行調(diào)研分析，取采厚為3.75m，因此可以得到峻德煤礦二水平南三采區(qū)30層工作面開采后的裂采比參數(shù)T為：T=42.4/3.75=11.31

峻德煤礦二水平南三采區(qū)30層導(dǎo)高的現(xiàn)場觀測結(jié)果為42.4m，根據(jù)地層結(jié)構(gòu)分析，導(dǎo)水裂隙帶應(yīng)該發(fā)育至4.85m厚的粉砂巖層為止，此層巖層距離工作面垂高46.13m。在不同的采高條件下，取此層巖層的上下各層巖層進行層向拉伸率的計算，根據(jù)層向拉伸率拐點可以驗證導(dǎo)高發(fā)育值的準(zhǔn)確性。

（五）工作面導(dǎo)高綜合分析

綜合上述分析可以確定：峻德煤礦二水平南三采區(qū)30層煤覆巖導(dǎo)水裂隙帶的發(fā)育高度為：

H=46.13m，采厚M=3.75m，裂采比T=H/M=12.3，導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育至距工作面頂板46.13m的粗砂巖層，此層巖層厚度4.85m，巖層層向拉伸率為0.0016，屬于巖層層向拉伸率的變化拐點處。

綜合上述分析，以裂采比12.3倍作指導(dǎo)以后工作面的導(dǎo)高預(yù)測分析是較為合適的。

四、結(jié)論

（1）井下仰斜鉆孔雙端堵水器導(dǎo)高觀測技術(shù)，鉆孔工程量小，觀測精度高，手段先進，是水體下采煤時導(dǎo)高觀測的有效方法。

（2）峻德煤礦二水平南三采區(qū)30層工作面平均采高3.75m，采場覆巖為中硬強度偏硬地層，導(dǎo)水裂隙帶高度觀測鉆孔共施工3個，綜合觀測成果與地層鉆孔柱狀圖分析得出：回采工作面采場覆巖導(dǎo)水裂隙帶高度為：H=46.13m。導(dǎo)高與采厚比為：H/M=46.13/3.75=12.3倍。

（3）導(dǎo)水裂隙帶高度探測確定了復(fù)雜條件下厚煤層開采后覆巖的運動規(guī)律及導(dǎo)高發(fā)育范圍，為分析覆巖破壞是否會完全導(dǎo)通上覆含水層、研究地表補給水源與覆巖導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育程度的相關(guān)性以及地表水防治和地表塌陷治理提供理論依據(jù)，得到導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度與煤層采厚之間的比值關(guān)系，為后續(xù)工作面的導(dǎo)高判斷提供基礎(chǔ)理論數(shù)據(jù)。

作者簡介：

呂繼龍（1969-），1994年畢業(yè)于阜新礦院水文地質(zhì)與工程地質(zhì)專業(yè)，現(xiàn)工作于黑龍江龍煤鶴崗礦業(yè)有限責(zé)任公司地質(zhì)測量部，主要從事礦井水文地質(zhì)技術(shù)及管理工作。