斜溝礦8#煤頂?shù)装迤茐膸Оl(fā)育高度研究

李俊杰

(西山煤電(集團)公司 地質(zhì)處，山西 太原 030053)

二疊系山西組8#煤層為斜溝礦全區(qū)穩(wěn)定可采煤層，平均厚度約4.87 m，采煤方法為綜采一次采全高。鑒于《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》中導(dǎo)水裂縫帶經(jīng)驗公式具一定的適用局限性，不能真實反映綜采一次采全高條件下頂?shù)装濉叭龓А卑l(fā)育規(guī)律，為更準確地獲得斜溝礦8#煤開采時頂?shù)装濉叭龓А卑l(fā)育情況，本次運用鉆孔壓水試驗與現(xiàn)場瞬變電磁探測的方法對該礦8#煤頂?shù)装濉叭龓А卑l(fā)育規(guī)律進行了研究，以期為礦井安全開采提供可靠的理論依據(jù)。

1 鉆孔壓水試驗

1.1 鉆孔布置

試驗采用井下仰(俯)孔壓水試驗法，試驗通過工作面外圍巷道向工作面內(nèi)斜上方打小口徑仰斜鉆孔。鉆孔設(shè)計不僅穿過預(yù)計的覆巖破壞范圍，同時要超過預(yù)計導(dǎo)水裂縫帶頂界高度。鉆孔中各段漏失量變化情況的測定，使用雙端堵水器進行逐段封隔注水，依據(jù)測定情況確定上覆巖層破壞規(guī)律。本次現(xiàn)場探測選擇18101和18102兩個回采工作面。

18101工作面布置2個觀測孔，分別進行頂、底板“三帶”觀測。其中，頂板“三帶”觀測鉆孔由側(cè)幫斜向上43°穿入18101工作面采空區(qū)上方，預(yù)計孔深110 m。底板鉆孔由側(cè)幫斜向下14°穿入18101工作面采空區(qū)下方，預(yù)計孔深135 m。18102頂板“三帶”鉆孔由側(cè)幫斜向上41°穿入18102工作面采空區(qū)上方，預(yù)計孔深140 m，底板“三帶”觀測鉆孔由側(cè)幫斜向下10°穿入18102工作面采空區(qū)下方，預(yù)計孔深158 m。

1.2 底板破壞深度觀測

18101工作面底板觀測孔的壓水試驗情況見表1。

表1 18101工作面底板觀測鉆孔施工記錄表

由表1可知，當(dāng)鉆孔深度低于131 m時，壓水流量能保持一個較高的數(shù)值；當(dāng)鉆孔深度135 m時，壓水流量突然降低，即使增加水壓，效果也不明顯。因此，可以判定，當(dāng)鉆孔深度小于131 m時，底板處于導(dǎo)水破壞帶，而鉆孔深度大于131 m時，底板進入完整巖層帶。根據(jù)鉆探和壓水試驗結(jié)果，確定試驗孔處18101工作面8#煤底板采動破壞帶大約在孔深131 m左右，即底板采動破壞深度31.7 m。

18102工作面底板觀測孔的壓水試驗情況見表2。

表2 18102工作面底板觀測鉆孔施工記錄表

當(dāng)鉆孔深度低于124 m時，壓水流量能保持一個較高的數(shù)值；當(dāng)鉆孔深度131 m時，壓水流量突然降低，增加水壓后流量變化不明顯。因此，當(dāng)鉆孔深度小于124 m時，底板處于導(dǎo)水破壞帶，而鉆孔深度大于131 m時，底板進入完整巖層帶。根據(jù)鉆探和壓水試驗結(jié)果，確定試驗孔處18102工作面8#煤底板采動破壞帶大約在孔深131 m左右，即底板采動破壞深度32 m。

1.3 頂板裂隙帶高度觀測

1) 18101工作面頂板鉆孔漏失量觀測。

18101觀測鉆孔漏失量記錄情況見表3。

當(dāng)鉆孔鉆到30 m時，孔內(nèi)反水突然減小，可以判斷從孔深30 m進入冒落帶。鉆至45 m處，孔內(nèi)無反水，繼續(xù)鉆進到60 m時，壓水流量明顯減小為0.98 m3/h。分析鉆孔已經(jīng)穿過冒落帶進入裂隙帶，冒落帶的最大高度在鉆孔深度45 m處。

壓水時，水壓、水量隨鉆進深度的變化特征與實際導(dǎo)水裂縫帶的裂隙發(fā)育特征也是一致的。試驗孔是由下向上鉆進，即由煤層向頂板覆巖方向鉆進。在導(dǎo)水裂縫帶孔段，裂隙規(guī)模大小、延伸長度、連通性應(yīng)是逐漸減小。因而，隨鉆進深度的增加，壓入的水量逐漸減小，而壓水壓力則越來越大。根據(jù)鉆探和壓水試驗結(jié)果，確定18101工作面試驗孔處8#煤覆巖冒落帶大約在孔深30～45 m，即冒落帶最大高度30.7 m，45～88 m段為裂縫帶，還可能繼續(xù)向上發(fā)育，此時裂縫帶垂直高度達到29.3 m。

表3 18101工作面觀測鉆孔漏失量記錄表

2) 18102工作面頂板鉆孔漏失量觀測。

在施工18101工作面頂板鉆孔過程中，冒落帶高度較大，很難施工。將18102工作面頂?shù)装逵^測鉆孔的設(shè)計參數(shù)進行了相應(yīng)修改，設(shè)計18102工作面頂板鉆孔仰角41°。鉆孔壓水試驗見表4。

表4 18102工作面鉆孔漏失量觀測記錄表

由表4可知，壓水試驗時，鉆孔內(nèi)水量、水壓變化特征為：鉆孔深度15.2～45.7 m，壓水流量為0.5～0.65 m3/h；鉆孔深度45.7～110 m，壓水時壓水流量為0.65～0.87 m3/h，水壓總體表現(xiàn)為隨鉆進深度增加水壓緩慢增加的特征，其值為1 MPa；而水量總體表現(xiàn)則相反，隨鉆進深度增加水量逐漸減小，變化范圍在0.87～0.83 m3/h。鉆孔深度至114 m，水壓相對減小至0.71 m3/h，至115 m時壓水流量減小到0.07 m3/h。說明鉆孔圍巖裂隙驟然減小，因而判斷此時鉆孔已穿過導(dǎo)水裂縫帶，裂縫帶發(fā)育最大高度達到74.8 m。

2 礦井瞬變電磁探測與解釋

2.1 18101工作面探測分析

在18115材料巷斜向上30°、45°、60°和斜向下15°、30°探測18101工作面采空區(qū)。18101工作面采空區(qū)上方頂板的瞬變電磁探測結(jié)果見圖1，2，3。

圖1 斜上60°視電阻率色譜圖

圖2 斜上30°視電阻率色譜圖

圖3 斜上45°視電阻率色譜圖

由圖1可見,45°視電阻率色譜圖大約在55～105 m處為高阻區(qū)，即在垂直距離上約為47.6～90.9 m。45°剖面圖中，大約在65～105 m處為高阻區(qū)，即在垂直距離上約為45.9～74 m。由圖2可見，大約在70～105 m處為高阻區(qū)，即在垂直距離上約為35～52.5 m。在35 m處即已揭露冒落帶。通過圖1，2，3可以看出，在其終端存在一個高阻區(qū)域，3個圖上的垂直距離分別為90.9 m、74 m和52.5 m。18101工作面頂板導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度在35～90.9 m。

底板的瞬變電磁探測結(jié)果見圖4,5。

圖4 斜下15°視電阻率色譜圖

圖5 斜下30°視電阻率色譜圖

在打鉆過程中鉆孔出現(xiàn)反水，說明在18101采空區(qū)有一定積水。當(dāng)鉆孔打到破壞帶以后，采空區(qū)積水流出。由于采空區(qū)積水深入到破壞帶，使得底板破壞帶的視電阻率較小，顯示為低阻區(qū)域。由圖4可見，深度在30～95 m處為低阻區(qū)，即在垂直距離上約為7.76～24.5 m。由圖5可見，深度在25～70 m處為低阻區(qū)，即在垂直距離上約為12.5～35 m。通過以上分析可以看出，18101工作面的底板最大破壞深度為35 m。

2.2 18102工作面探測分析

在南翼回風(fēng)大巷斜向上15°、30°、60°和斜向下10°、30°探測18102工作面采空區(qū)。18102工作面采空區(qū)頂板瞬變電探測結(jié)果見圖6,7，8。

圖7 斜上30°視電阻率色譜圖

圖8 斜上15°視電阻率色譜圖

由圖6可見，深度大約在0～105 m處為高阻區(qū)，即在垂直距離上0～90.9 m，此處有一完整的高阻帶，高阻中心區(qū)的最大高度約為75.3 m左右。由圖7可見，深度在0～105 m處為高阻區(qū)，即在垂直距離上約為0～52.5 m，高阻區(qū)域有進一步向上擴展空間。從圖8可見，深度在0～105 m處為高阻區(qū)，即在垂直距離上約為0～27.2 m?？偟膩碚f，垂向上有一個明顯的高阻區(qū)域。在橫向上存在1條電阻率為6～8 Ω·m的近似高阻條帶，相對穩(wěn)定，由于巖體冒落帶中不存在頂板水的分布，因此，高阻中心分布線可能為冒落帶與裂隙帶的分界線。該線的垂直高度大概為30 m。圖6～8中該線的垂直高度分別為34.6 m、27.5 m和15.5 m。所以，TEM探測的垮落帶最大高度為34.6 m。確定瞬變電磁探測的18102工作面頂板冒落帶最大高度34.6 m，導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度為75.3 m。

18102底板瞬變電探測結(jié)果見圖9，10。

由圖9可以看出，深度在30～95 m處為低阻區(qū)，即在垂直距離上約為5.2～16.4 m。此段距離可能由于存在采空區(qū)少量積水導(dǎo)致視電阻率值較低。由圖10可以看出，當(dāng)鉆孔深度大約在0～70 m處為高阻區(qū)，即在垂直距離上約為0～35 m。比較圖9,10視電阻率高阻區(qū)和低阻區(qū)，結(jié)合18101工作面底板的視電阻率分析可知，18102工作面采空區(qū)積水沒有完全滲透到底板破壞帶中，底板破壞帶在垂向上可能不是很連續(xù)。通過以上分析可以看出，18102工作面的底板最大破壞深度為35 m。

圖9 斜下10°視電阻率色譜圖

圖10 斜下30°視電阻率色譜圖

3 結(jié) 論

采用井下仰(俯)孔壓水試驗法對斜溝礦8#煤18101、18102工作面進行頂?shù)装濉叭龓А碧綔y。18101工作面開采導(dǎo)致8#煤覆巖冒落帶高度30.7 m，底板破壞深度31.7 m；18102工作面開采導(dǎo)致8#煤覆巖導(dǎo)水裂隙帶高度74.8 m，底板破壞深度32 m。瞬變電磁探測8#煤頂?shù)装逡曤娮杪是闆r與鉆孔實測的結(jié)果基本相吻合。

綜合確定18101工作面頂板冒落帶高度30.7 m，導(dǎo)水裂隙帶高度70 m，底板破壞帶深度31 m；18102工作面冒落帶高度32 m，導(dǎo)水裂隙帶高度74.8 m，底板破壞帶深度32 m。該數(shù)值對斜溝礦8#煤開采中頂?shù)装濉叭龓А鳖A(yù)測與礦井防治水安全評價具有一定的借鑒意義。

參 考 文 獻

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[3]孟召平，王保玉，徐良偉，等.煤炭開采對煤層底板變形破壞及滲透性的影響[J].煤田地質(zhì)與勘探，2012，40 (2)：39-43.