綜采放頂煤導水裂縫帶發育規律分析

邵亞輝

（霍州煤電呂臨能化公司龐龐塔煤礦，山西 臨縣 033200）

在我國厚煤層開采地區，廣泛采用了最先進的綜采技術，給煤礦生產帶來了巨大的經濟和社會效益，也給煤礦開采帶來了新的問題。在大采高的綜放工作面需要最大程度的將頂煤放出，那么覆巖高導水裂縫區域，異常沉陷和地表變形以及嚴重的地表損壞將不可避免地受到破壞。

1 試驗工作面基本條件

一次大采頂煤所進行的一次機械化的開采形式，其當前的開采強度相對較強，不可避免地導致對上方巖石的嚴重破壞和導水裂隙帶的發展。本文結合某礦當前現場試驗以及相對的資料對于巖性當前的損壞情況進行觀測，研究以及分析了上綜采情況覆巖當前的破壞規律以及含水裂隙帶具體額的演化規律。

某礦的6206工作面處于王莊井田的西南部，是第二礦區的第一個采面，該工作面主要是進行次二疊紀3號煤層的開采。山西組其煤層厚度為6.12~6.18 m，煤層當前的傾斜角度為1~8°，工作面當前的走向長度是1 780 m，切斜長為148~248 m。蓋山厚度可以達到316 m，平均前進速度可以達到7 m/d。采煤方法是綜合機械化放頂煤開采，采用自然垮落法管理頂板。

2 覆巖破壞觀測

在6206綜采煤腔頂面上，共構造了3/2個零高度觀測孔區域，分別為K1，K2，K3，井眼與切孔的距離為445、584、540 m。K1孔K3和K3位于回風隧道和運輸通道附近。孔K2位于工作表面的中間。相對煤層其頂板開采的深度分別是295.9、297、295.9 m以及與其相對煤層當前合理開采的高度可以達到5.9、5.2、5.7 m。

土壤鉆孔用于觀察。為了觀察最大的含水裂隙區和洞穴區的高度，應結合采礦工作區在地下工作區的進展情況，將施工鉆孔盡可能遠地放置在采礦覆蓋層充分受損的地方，在運輸車道和鐵路軌道上。如圖1所示，在每個位置向上約20 m處有2個孔（K1，K3），在工作表面的中心處有一個孔（K2）。鉆孔K1，K2和K3位于距切眼內側約445 m，584 m和540 m的位置。相對我位置其煤層頂板當前的開采深度可以達到295.90 m和297.30 m以及295.90 m，相對煤層其在井眼位置的有效開采厚度可以達到5.90 m，5.20 m和5.70 m。

觀測方法采用簡單的水文學，注水以及地球物理勘探等整體的方法。其中，針對導水裂縫帶高度給出的解釋主要是按照鉆井進行中的上下水位，沖洗液的消耗量以及各個區間的注水試驗結果來確定的。洞穴區域的高度是根據鉆速的變化，鉆頭的滴落以及每個間隔的注水測試結果確定的。確認卡住和吮吸等。和3個觀測孔相關的觀測結果詳見1。

從表1能個看出，K1孔煤層當前的有效采高可以達到5.9 m，導水裂縫帶當前的高度可以達到114.67 m，裂高當前的采高比可以達到19.44；K2孔煤層當的有效采高可以達到5.2 m，導水裂縫帶當前的高度可以達到102.27 m，裂高當前的采高比可以達到19.67；K3孔煤層當的有效采高可以達到5.7 m，導水裂縫帶當前的高度可以達到114.87 m，裂高當前的采高比可以達到20.15。

表1 某礦綜放開采兩帶高度觀測結果

K2孔冒落帶當前的高度處于19.35 m，冒高當前的采高比可以達到3.72；K3孔冒其落帶的高度可以達到35.7m，冒高的采高比可以達到6.26。因為工作面其中間位置冒落巖層經常會被壓實，冒高相對較小，而邊界因為煤壁對其起到的支撐作用冒落巖層并不會被壓實，導致冒高不斷地提升。

3 綜放開采導水裂縫帶發育規律

3.1 綜放開采導水裂縫帶發育特點

按照具體測量獲得的資料，圖1將6206綜放工作面導水裂縫帶當前的發育形態以及冒落帶當前的發育形態進行了繪制。從圖1中能夠看出，在綜采放頂煤情況下出現的導水裂縫帶和冒落帶全部呈現出了兩邊高和中間低的中馬鞍型發展形態。

圖1 6206綜放工作面兩帶高度發育形態

為了能夠有效地對比，表2和表3列將潞安礦區某煤礦在普采以及分層綜采情況下導水裂縫帶進行觀測的結果進行分析[3]。圖2繪制出了潞安礦區采取不同開采方法導水裂縫帶當前的高度以及煤層采高之間存在的聯系，圖3將潞安礦區選擇不同開采形式裂高的采高比以及煤層采高之間存在的聯系。

從表2、表3和圖2以及圖3中能夠看出，在相同采高的狀況下，使用綜采放頂煤開采導水裂縫帶當前最大的高度可以達到11 016 m，使用分層綜采導水裂縫帶。

表2 某礦普采條件下導水裂縫帶觀測結果

表3 某礦分層綜采導水裂縫帶觀測結果

圖2 不同開采方法導水裂縫帶當前的高度與煤層采高的關系

圖3 不同開采形式裂高的采高比與煤層采高的關系

通常采礦當的平均高度可以達到83.9 m，含水層斷裂帶的平均最大高度為49.6 m。最上層煤層的綜采開采的含水層斷裂帶的最大高度是分層開采的最大高度的1 132倍。是一般采礦條件下最大高度的2 123倍。在上煤層完全機械化的條件下，含水層破裂帶要發育得多，而盤狀開采是減少含水層破裂帶發展的有效手段。

同時可以看出，上煤層綜采條件下裂縫高度與礦山高度的平均比為19 175，可與一般煤層初始開采條件下裂縫高度與礦山高度的比值相同。六安礦區的采礦和全切割機械化采礦（2 013~2 314倍，平均2 116倍）基本相同。結果表明，在一個完全機械化的洞穴區域內，在全厚度開采條件下，含水層破裂帶的演化規律和含水層破裂帶的最大演化高度與巖層高度成正比，規律相似。

3.2 綜放開采導水裂縫帶最大高度計算

在相同的煤田，其自身的層理條件大致相同，礦山當前的地質以及水文地質條件比較接近。按照對于礦山相關數據進行觀察，可以同時考慮綜采以及綜采全厚度情況下含水裂縫帶在高度上的一種發展規律。煤層開采的數量和開采盤的數量可以用來確定預測的水力壓裂。最大高度的經驗公式。根據對兩個相同煤田不同煤礦綜采裂縫高度孔（8個）和某礦綜采當前的3個裂縫其高度孔進行觀察獲得額的結果，可以使用最小二乘的原理，求得導水裂縫帶當前最大高度Hli在預測上的一種經驗公式為：

式中:M為煤層當前累計的采高，m；n屬于相同同一煤層在開采上的分層數。在進行分層綜采的時候，頂分層數需要選擇1，底分層數需要選擇2；綜放開采的時候需要選擇1。針對綜放開采，能夠將公式寫成：

4 結論

在綜放開采條件下，含水裂縫帶的發育高度遠大于正常開采條件下的裂縫高度，但裂縫高度與厚度之比與正常開采條件的基本相同。初次開采的裂紋高度和厚度的計算，導水斷裂帶的發育仍呈馬鞍形。根據實測數據和各礦區的理論分析，提出了綜采最高煤層開采條件下其含稅水裂縫帶當前最大高度的一種計算方法以及公式，能夠將其當成作為煤層開采的理論依據，得出了該礦區厚煤層開采后含水層破裂帶最大高度的經驗公式。該公式適用于綜采放頂煤開采參考。