充填開(kāi)采導(dǎo)水裂縫帶高度探測(cè)技術(shù)研究與應(yīng)用

【摘要】本文以太平煤礦8311底分層充填工作面覆巖導(dǎo)水裂縫帶高度探測(cè)為例， 對(duì)井下采前、采后鉆孔注水觀測(cè)結(jié)果進(jìn)行驗(yàn)證和修改，反演得到較為準(zhǔn)確的計(jì)算參數(shù)和計(jì)算模型后，再對(duì)不同厚度（不同開(kāi)采空間）、不同巖層結(jié)構(gòu)等條件下的覆巖破壞特征進(jìn)行點(diǎn)安全度分析，獲得不同條件開(kāi)采下的覆巖裂高數(shù)值和移動(dòng)破壞規(guī)律，從而有效指導(dǎo)山東魯泰煤業(yè)有限公司太平煤礦的安全生產(chǎn)。

【關(guān)鍵詞】充填開(kāi)采；導(dǎo)水裂隙帶高度；探測(cè)

1.概況

山東魯泰煤業(yè)有限公司太平煤礦位于山東省鄒城市太平鎮(zhèn)，主采煤層為3煤，研究太平煤礦3煤充填開(kāi)采導(dǎo)水裂縫帶高度是太平煤礦安全生產(chǎn)所急需的，也是礦井防治水基礎(chǔ)工作。研究3層煤充填開(kāi)采條件下覆巖冒裂帶發(fā)育規(guī)律，確定覆巖導(dǎo)水裂縫帶高度，為礦井安全開(kāi)采設(shè)計(jì)提供依據(jù)，有效地指導(dǎo)礦井水預(yù)測(cè)、防治工作，確保3煤的開(kāi)采安全。

2.觀測(cè)方案

本次觀測(cè)采用了井下仰孔分段注水觀測(cè)的新技術(shù)方法。該技術(shù)方法的實(shí)質(zhì)性特點(diǎn)是在煤礦井下采煤工作面周?chē)x擇合適的觀測(cè)場(chǎng)所，例如可在相鄰工作面的區(qū)段平巷或所測(cè)工作面的停采線或開(kāi)切眼以外的巷道中開(kāi)掘觀測(cè)鉆窩，向采空區(qū)上方打仰斜鉆孔。鉆孔應(yīng)避開(kāi)冒落帶而斜穿裂縫帶，達(dá)到預(yù)計(jì)的裂縫帶頂界以上一定高度。使用“鉆孔雙端封堵測(cè)漏裝置”沿鉆孔進(jìn)行分段封堵注水，測(cè)定鉆孔各段水的漏失流量，以此了解巖石的破裂松動(dòng)情況，確定裂縫帶的上界高度。

2.1觀測(cè)工程布置

1）8311工作面觀測(cè)工程布置。為了有效地控制上山方向?qū)芽p帶的最大高度，在8311工作面的上順施工觀測(cè)鉆窩A，設(shè)計(jì)一組鉆孔，用于觀測(cè)受8311工作面充填開(kāi)采條件下的冒裂帶高度。A鉆窩距設(shè)計(jì)停采線的平距為12m，實(shí)際停采線距A鉆窩平距為26m。

2）觀測(cè)資料的整理。①上井后及時(shí)將井下觀測(cè)記錄復(fù)抄到相同格式的復(fù)抄記錄本上，以防井下記錄本丟失，使前功盡棄；②以孔深為橫坐標(biāo)，以注水流量為縱坐標(biāo)，根據(jù)各孔段上的注水漏失流量，作出分段注水觀測(cè)剖面圖，根據(jù)此圖可以確定煤層采后冒落帶、裂縫帶的高度。

3）施工觀測(cè)時(shí)間過(guò)程。2012年5月5日采前對(duì)比觀測(cè)鉆孔A-1孔打成，5月6日采用上行分段注水觀測(cè)法觀測(cè)至24m時(shí)塌孔，未獲取24m以上部分鉆孔注水資料；2012年5月12日采前對(duì)比觀測(cè)鉆孔A-2孔打成，5月12日采用上行分段注水觀測(cè)法觀測(cè)成功；2012年5月18日，采后對(duì)比觀測(cè)鉆孔A-3孔打成，5月18日采用上行分段注水觀測(cè)法觀測(cè)成功，此時(shí)工作面距觀測(cè)鉆窩32m；2012年5月20日，采后對(duì)比觀測(cè)鉆孔A-4孔打成，3月21日采用上行分段注水觀測(cè)法觀測(cè)成功，此時(shí)工作面距觀測(cè)鉆窩28m；2012年6月5日，采后對(duì)比觀測(cè)鉆孔A-6孔打成，6月6日采用下行分段注水觀測(cè)法觀測(cè)成功，此時(shí)工作面距觀測(cè)鉆窩26m，工作面停采12天。

3.8311底分層充填開(kāi)采導(dǎo)水裂縫帶高度

由采后A-3、A-4和A-6孔的實(shí)測(cè)導(dǎo)水裂縫帶高度知，底分層采高2.2m，緊隨剛采工作面后方及時(shí)充填全部采空區(qū)條件下的最大導(dǎo)水裂縫帶高度為6.93m，最大裂高采厚比為3.15。

根據(jù)《建筑物、水體、鐵路及主要井巷煤柱留設(shè)與壓煤開(kāi)采規(guī)程》，煤層覆巖若為中硬巖層，采空區(qū)全部垮落，緩傾斜厚煤層分層開(kāi)采的覆巖導(dǎo)水裂縫帶高度的預(yù)計(jì)公式為：

式中：HLi—導(dǎo)水裂縫帶高度（m）；∑M—累計(jì)采厚（m）。

按開(kāi)采厚度2.2m計(jì)算，按公式（2）預(yù)計(jì)得出中硬巖層采后覆巖導(dǎo)水裂縫帶最大高度為36.5m，最大裂高采厚比為16.6；按公式（3）預(yù)計(jì)得出軟弱巖層采后覆巖導(dǎo)水裂縫帶最大高度為22.6m，最大裂高采厚比為10.3。太平煤礦8311工作面底分層開(kāi)采時(shí)，其覆巖應(yīng)為剩余殘煤和煤層頂板中細(xì)砂巖，煤層覆巖性質(zhì)介于中硬巖層和軟弱巖層之間，采空區(qū)全部垮落條件下其導(dǎo)水裂縫帶高度預(yù)計(jì)值則介于22.6～36.5m之間，取其平均約30m。而采空區(qū)在充填條件下，實(shí)測(cè)導(dǎo)水裂縫帶最大高度為6.93m，遠(yuǎn)小于非充填條件下的導(dǎo)水裂縫帶高度，實(shí)測(cè)結(jié)果表明采空區(qū)采取充填措施對(duì)減小覆巖導(dǎo)水裂縫帶高度起到了明顯的作用。

根據(jù)8311工作面上順8號(hào)孔鉆探結(jié)果，3煤厚度為7.3m，由此推出充填條件下的實(shí)測(cè)導(dǎo)水裂縫帶在3煤頂板砂巖中的發(fā)育最大高度為1.83m。

通過(guò)對(duì)太平煤礦8311工作面充填條件下頂板覆巖導(dǎo)水裂縫帶高度的探測(cè)研究，通過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際測(cè)試資料的分析，得出以下幾點(diǎn)結(jié)論：

（1）在太平煤礦8311工作面充填開(kāi)采條件下，采用井下仰孔雙端封堵測(cè)漏系統(tǒng)，成功地取得了3煤充填開(kāi)采時(shí)覆巖導(dǎo)水裂縫帶高度，達(dá)到了該項(xiàng)目的任務(wù)要求。為充填開(kāi)采條件下探測(cè)導(dǎo)水裂縫帶高度提供了保貴的經(jīng)驗(yàn)，也為其他類(lèi)似條件的礦井開(kāi)采安全性評(píng)價(jià)和生產(chǎn)提供了科學(xué)的研究方法和參考依據(jù)。

（2）根據(jù)實(shí)測(cè)結(jié)果，太平煤礦3煤采煤高度2.2m，緊隨剛采工作面后方及時(shí)充填全部采空區(qū)時(shí)，導(dǎo)水裂縫帶最大高度6.93m，裂高采厚比為3.15，而采空區(qū)全部垮落條件下的導(dǎo)水裂縫帶高度預(yù)計(jì)值平均約30m，裂高采厚比約13.6。采空區(qū)充填條件下的導(dǎo)水裂縫帶高度遠(yuǎn)小于全部垮落法開(kāi)采條件下的導(dǎo)水裂縫帶高度，采空區(qū)采取充填措施對(duì)減小覆巖導(dǎo)水裂縫帶高度具有明顯的控制作用。

（3）除去3煤殘煤厚度，實(shí)測(cè)導(dǎo)水裂縫帶在3煤頂板砂巖層中的發(fā)育最大高度為1.83m。

4.結(jié)束語(yǔ)

采場(chǎng)覆巖的移動(dòng)變形破壞強(qiáng)度與深度一直是各國(guó)礦業(yè)工作者的研究重點(diǎn)之一。我國(guó)“三下”開(kāi)采工作者對(duì)不同礦區(qū)地質(zhì)采礦條件下的薄煤層、中厚煤層、厚煤層分層開(kāi)采近千個(gè)工作面的覆巖破壞情況進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)定，由此得出了近水平至傾斜煤層開(kāi)采后覆巖裂隙呈“馬鞍形”的規(guī)律和“三下”規(guī)程中的計(jì)算裂隙帶高度公式。然而近十幾年來(lái)迅速發(fā)展的充填開(kāi)采后的覆巖破壞的預(yù)計(jì)卻無(wú)較好的公式，國(guó)內(nèi)外有關(guān)研究報(bào)道也較為少見(jiàn)。原因在于充填開(kāi)采法與以往開(kāi)采方法大為不同。通過(guò)太平煤礦研究8311工作面3煤層開(kāi)采覆巖破壞特征及最大導(dǎo)水裂隙帶高度，及時(shí)獲得充填開(kāi)采煤層開(kāi)采后上覆巖層的變形、破壞相關(guān)參數(shù)、從而準(zhǔn)確的確定開(kāi)采上限，合理布設(shè)頂板防水排水工程，既能防止盲目過(guò)大的防排水工程所造成的浪費(fèi)，又能避免防排水工程安排不足所造成生產(chǎn)上的被動(dòng)和不安全因素。

作者簡(jiǎn)介

吳連剛（1980- ）男，漢族，畢業(yè)于山東科技大學(xué)地質(zhì)工程專(zhuān)業(yè)本科，學(xué)士學(xué)位，國(guó)家注冊(cè)安全工程師，現(xiàn)就職于山東魯泰煤業(yè)有限公司太平煤礦。