工作面“兩帶”發(fā)育高度的探測研究

周金龍

（中國煤炭地質(zhì)總局 一二九勘探隊(duì)，河北 邯鄲 056000）

0 引 言

《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程》中歸納總結(jié)的計(jì)算“兩帶”高度的經(jīng)驗(yàn)公式，已不能完全適用于大采高綜采工藝。采煤方法不同，“兩帶”發(fā)育高度和變化規(guī)律也隨之改變，差異明顯。覆巖破壞高度的實(shí)測研究是準(zhǔn)確掌握覆巖破壞高度的最佳途徑，實(shí)測結(jié)果不僅可以準(zhǔn)確反映覆巖破壞的發(fā)育高度、反映出導(dǎo)水裂縫帶的發(fā)育形態(tài)，還能較經(jīng)驗(yàn)公式更準(zhǔn)確的對同一煤層的不同工作面進(jìn)行類比預(yù)測。

1 工程概況

205 工作面位于隆德煤礦的西翼，地質(zhì)結(jié)構(gòu)簡單，主要開采2-2 煤層，平均厚度4.0 m，采用綜合機(jī)械化一次采全高采礦法。2-2 煤層直接充水含水層為頂板砂巖裂隙含水層，間接充水含水層為第四系沙層潛水、基巖風(fēng)化帶水和直羅組砂巖水。在205 工作面施工了3 個(gè)采后“兩帶”觀測孔，2 個(gè)靠近順槽內(nèi)側(cè)，1 個(gè)位于工作面中央，1 號(hào)鉆孔2-2 煤層頂板埋深194.34 m，2 號(hào)鉆孔2-2 煤層頂板埋深191.50 m，3 號(hào)鉆孔2-2 煤層頂板埋深195.89 m。

2 兩帶高度觀測

本文通過鉆孔沖洗液漏失量觀測和彩色電視觀測2 種方法，綜合確定隆德煤礦205 工作面2-2 煤層“兩帶”發(fā)育高度。

2.1 鉆孔沖洗液漏失量觀測

鉆孔沖洗液漏失量觀測方法是一種比較可靠的判定垮落帶和導(dǎo)水裂縫帶高度及其破壞特征的方法，主要通過記錄鉆進(jìn)過程中的鉆孔沖洗液漏失量及水位變化、卡鉆和掉鉆現(xiàn)象、巖芯觀察及地質(zhì)描述等資料來綜合判斷。此次施工的3 個(gè)兩帶觀測孔沖洗液漏失量及水位變化情況如圖1 所示。

圖 1 兩帶觀測鉆孔沖洗液漏失量及水位變化曲線圖Fig.1 Curve of leakage and water level change of drilling flushing fluid observed in two zones

由圖1 可知，1 號(hào)鉆孔沖洗液漏失量從118.87 m 開始增大明顯，至122.49 m 沖洗液循環(huán)終止，孔內(nèi)水位從119.52 m 開始下降明顯，至129.45 m孔內(nèi)測不到水位；2 號(hào)鉆孔沖洗液漏失量從122.10 m 開始增大明顯，經(jīng)短暫的衰減之后又迅速增大，至124.27 m 沖洗液循環(huán)終止，孔內(nèi)水位從119.38 m 開始下降明顯，至137.58 m 孔內(nèi)測不到水位；3號(hào)鉆孔沖洗液漏失量從119.04 m 開始增大明顯，經(jīng)短暫衰減之后又迅速增大，至122.61 m 沖洗液循環(huán)終止，孔內(nèi)水位從115.63 m 開始下降明顯，至125.20 m 測不到水位。

1 號(hào)鉆孔 118.87 ～ 129.45 m 段、2 號(hào)鉆孔119.38 ～137.58 m 段及3 號(hào)鉆孔115.63 ～125.20 m 段，鉆探取芯反映巖芯破碎，可見大角度的次生裂隙，裂隙面較為新鮮，且沒有充填物；一定深度后 （1 號(hào)鉆孔173.38 m、2 號(hào)鉆孔 176.40 m、3 號(hào)鉆孔170.85 m），3 個(gè)鉆孔均多次出現(xiàn)卡鉆、掉鉆現(xiàn)象，巖芯破碎呈碎塊狀，已失去原有層序性。

綜合分析判定205 工作面2-2煤層垮落帶和導(dǎo)水裂隙帶高度，1 號(hào)鉆孔垮落帶高度為20.96 m，導(dǎo)水裂隙帶高度為75.47 m；2 號(hào)鉆孔垮落帶高度為15.10 m，導(dǎo)水裂隙帶高度為69.40 m；3 號(hào)鉆孔垮落帶高度為25.04 m，導(dǎo)水裂隙帶高度為76.85 m。

2.2 彩色鉆孔電視觀測

鉆孔彩色電視觀測是將帶有光源的防水?dāng)z像探頭放入鉆孔中，實(shí)時(shí)觀測、監(jiān)控和記錄鉆孔中地質(zhì)體的各種特征及細(xì)微變化，直觀地獲取煤層覆巖完整性和采動(dòng)裂隙發(fā)育特征、裂縫發(fā)育寬度、連通情況和巖體破碎情況的觀測方法。

從鉆孔彩色電視觀測結(jié)果來看，3 個(gè)鉆孔上部孔壁原生裂隙延展較為自然，裂隙面磨圓度較高，無明顯的采動(dòng)破壞特征；一定深度（1 號(hào)鉆孔118.56 m；2 號(hào)鉆孔 119.84 m；3 號(hào)鉆孔 119.72 m）后，孔壁裂隙發(fā)育連續(xù)，且裂隙多為高角度縱向發(fā)育，部分層段為縱橫交錯(cuò)裂隙和貫穿裂隙，裂隙細(xì)長，裂隙面新鮮，綜合鉆進(jìn)異常情況判斷為采動(dòng)裂隙；煤層頂板以上一定范圍內(nèi)（1 號(hào)鉆孔20.48 m；2 號(hào)鉆孔15.16 m；3 號(hào)鉆孔27.24 m），裂隙寬大且裂隙間有較大的巖塊脫落，越往深部孔壁完整性越差，探測段末端可見巖塊堆疊雜亂，判斷為垮落帶。

根據(jù)鉆孔電視成像資料反映的采動(dòng)裂隙的發(fā)育與分布特征，分析判定205 工作面2-2煤層導(dǎo)水裂隙帶和垮落帶高度，1 號(hào)鉆孔導(dǎo)水裂隙帶高度為75.78 m，垮落帶高度為20.48 m；2 號(hào)鉆孔導(dǎo)水裂隙帶高度為71.66 m，垮落帶為15.16 m；3 號(hào)鉆孔導(dǎo)水裂隙帶高度為76.17 m，垮落帶為27.24 m。

2.3 兩帶高度的確定

綜合以上2 種觀測方法的觀測結(jié)果，鉆孔彩色電視探測結(jié)果較好的驗(yàn)證了鉆孔沖洗液漏失量觀測成果，本著安全的角度選取數(shù)值較大的覆巖破壞高度作為預(yù)計(jì)結(jié)果，最終確定隆德煤礦2-2 煤層205工作面覆巖破壞“兩帶”高度結(jié)果，垮落帶高度為27.24 m，導(dǎo)水裂縫帶高度為76.17 m。

3 與經(jīng)驗(yàn)公式所得對比分析

根據(jù)《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開采規(guī)程》，中硬巖層垮落帶（Hk）、導(dǎo)水裂隙帶（Hli） 的高度可用下式計(jì)算：

垮落帶：

導(dǎo)水裂隙帶：

式中：M為累計(jì)采煤厚度，m。

經(jīng)計(jì)算205 工作面2-2煤層導(dǎo)水裂隙帶高度為50 m，垮落帶高度為13.07 m。

經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算結(jié)果與實(shí)測數(shù)據(jù)偏差較大。可見由炮采、普采和分層綜采歸納總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)公式已不能完全適用于大采高綜采工藝。雖然很多專家學(xué)者對不同地質(zhì)采礦條件下的綜采工作面“兩帶”高度進(jìn)行了大量研究，并取得了較多的成果，但對大采高綜采工藝的“兩帶”高度仍無合適的經(jīng)驗(yàn)公式。

4 結(jié) 論

（1） “三下規(guī)程”中的兩帶高度經(jīng)驗(yàn)公式已不能完全適用于大采高綜采工藝，覆巖破壞高度的實(shí)測研究是準(zhǔn)確掌握“兩帶”高度的最佳途徑。

（2） 通過鉆孔沖洗液漏失量觀測及彩色電視觀測2 種方法，可以直觀準(zhǔn)確地確定采空區(qū)上覆巖層“兩帶”高度。

（3） 205 工作面2-2煤層覆巖破壞“兩帶”高度的結(jié)果，垮落帶高度為27.24 m，導(dǎo)水裂縫帶高度為76.17 m。

（4） 隆德煤礦其它工作面“兩帶高度”可通過205 工作面兩帶高度值類比預(yù)測，為頂板水害防治工作提供有益參考。