劉河煤礦13采區(qū)二2煤頂板覆巖破壞高度的研究

張紅乾　郭偉瑋　李成生

摘要：為指導(dǎo)13021回采上限工作面的安全回采，需要在同采區(qū)相鄰工作面13031工作面開采過程中，采用覆巖破壞探測手段實測覆巖破壞規(guī)律。選用拉壓應(yīng)力傳感器進(jìn)行覆巖破壞高度的測試工作。設(shè)置了T1、T2、T3三個觀測孔。13031工作面在采高3.3m情況下垮落帶高度最大不超過15.9m。

關(guān)鍵詞：13031覆巖破壞高度；測試工作

河南神火集團有限公司劉河煤礦，行政區(qū)隸屬河南省商丘市永城市劉河鄉(xiāng)。劉河井田面積6.5km2，礦井地質(zhì)儲量2268萬t，可采儲量1121萬t。主采煤層二2煤，平均厚度2.67m，設(shè)計生產(chǎn)能力為30萬t/a，（現(xiàn)擴建到年產(chǎn)45萬t/a），服務(wù)年限為26.7a（擴建后15年），礦井于2004年8月開工建設(shè)，2006年12月建成投產(chǎn)。劉河井田位于黃淮沖積平原中部，井田為新生界所掩蓋，地表地勢平坦，海拔32～36m。

13采區(qū)位于劉河煤礦西部，二2煤層露頭帶從北向南延伸，煤層覆巖厚度薄，形成新近系含水層下壓煤；為安全回收煤層露頭處部分煤炭資源，獲得二2煤頂板覆巖破壞高度準(zhǔn)確數(shù)據(jù)，提出在13031工作面研究獲得相關(guān)數(shù)據(jù)，以便指導(dǎo)13021工作面二2煤提高開采上限的研究。

在劉河煤礦13031工作面覆巖破壞測試工作中，首先采用了傳統(tǒng)的分段壓水試驗發(fā)測試覆巖破壞高度。

1 測試孔位置的確定

在13031工作面開采過程中，采用覆巖破壞探測手段實測覆巖破壞規(guī)律。探測鉆場的位置選擇在13031風(fēng)巷距切眼165m左右位置，在鉆場內(nèi)施工3個仰斜孔，角度分別為30°、40°、50°對應(yīng)孔深為74m、88m、111m。鉆孔方位與13031風(fēng)巷夾角為10°偏向工作面。探測鉆場位置如圖1所示。

2 覆巖破壞探測點的布置

選用拉壓應(yīng)力傳感器進(jìn)行覆巖破壞高度的測試工作。根據(jù)不同布設(shè)位置拉壓應(yīng)力傳感器測試數(shù)據(jù)的變化情況進(jìn)行分析開采過程中覆巖破壞高度的發(fā)育情況在T3孔布設(shè)5個測試傳感器，T2孔布設(shè)9個，T1孔布設(shè)7個，傳感器間距按照測試精度±2m布置，最小垂直距離為2m，每個傳感器為一個觀測節(jié)點，所有節(jié)點組成一個高密度觀測網(wǎng)，各相鄰節(jié)點測試結(jié)果可以相互驗證和分析覆巖變形破壞的時間進(jìn)程。具體情況如圖2所示。

各探測孔中傳感器在仰孔掃孔后由推桿送入鉆內(nèi)指定位置。在傳感器送入至指定位置后采用水泥黃土漿封孔，將傳感器固定在孔內(nèi)設(shè)定的位置。

3 測試工作的安排及測試結(jié)果

安裝結(jié)束后檢測結(jié)果顯示，21個傳感器中除T1孔（30°）序號1測試點傳感器受損外，其它20個傳感器可正常測試。隨后的測試工作分為三個階段：第一階段為背景值測試，在水泥黃土漿液固結(jié)25天后對背景值進(jìn)行測試，此時回采位置據(jù)測試鉆場81m；第二階段測試，在13031工作面回采過程中，劉河礦對井下巷道進(jìn)行檢修，導(dǎo)致13031工作面停采26天，在恢復(fù)回采時，對傳感器進(jìn)行第二次背景值測試，此時回采位置距離鉆場77.5m；第三階段為連續(xù)測試階段，當(dāng)回采線距鉆場57m，開始第三階段測試工作，由于回采線距鉆場位置較近，此時煤層開采以后引起測試點位置覆巖移動變形情況逐漸明顯，傳感器讀數(shù)變化較大。該階段采集數(shù)據(jù)的間隔由疏到密，最后每天1～2班下井采集數(shù)據(jù)，共連續(xù)測試采集15次，測點在開采影響下大部分遭受破壞，數(shù)據(jù)采集完畢。各測點位置如表1-1所示。各階段拉壓應(yīng)力變化與回采線距鉆場距離關(guān)系如圖3-1～3-3所示。

在13031工作面井下對覆巖破壞高度進(jìn)行的實際觀測，具體結(jié)果分析如下：

在監(jiān)測過程中T1孔測點損壞較多，T2、T3孔較為完整，且數(shù)據(jù)變化較為清晰。由T2孔可以看出，在數(shù)據(jù)變化趨勢上測點3的變化較為明顯，推斷覆巖垮落帶高度應(yīng)在該點之下，即不大于15.9m。

由T3孔各測點數(shù)據(jù)變化趨勢看，T3孔測點2變化幅度不太大（變化值小于100），測點1的變化較為明顯，推斷覆巖垮落帶發(fā)育高度應(yīng)在測點1之下，即不大于18.8m。

以上13031面的數(shù)據(jù)和實采經(jīng)驗可以判別，13031工作面在采高3.3m情況下垮落帶高度最大不超過15.9m，相鄰的13021工作面在采高3.3m情況下，覆巖垮落帶發(fā)育高度在15.9m～18.8m以下。根據(jù)薄覆巖下開采經(jīng)驗類比，垮落帶高度約為開采厚度的3.3～5.4倍。

13031工作面覆巖破壞觀測經(jīng)驗，采厚3.3m左右覆巖垮落帶高度在15.9m，垮落帶采厚比為4.82?？紤]到煤層厚度變化，將開采厚度1.0m～3.0m覆巖垮落帶范圍預(yù)計如表2。

根據(jù)3表及規(guī)程公式計算的結(jié)果小于其他三種方法分析的結(jié)果。根據(jù)以上計算結(jié)果和本礦區(qū)的實際開采經(jīng)驗，選取覆巖垮落帶最大高度為最終確定值，即在13021工作面一次采全高為2.7m時上覆巖層垮落帶高度為16.10 m。

5 結(jié)語

通過對13031工作面頂板覆巖破壞高度的研究，首次獲得了劉河煤礦二2板頂板覆巖破壞高度的精確數(shù)據(jù)，對研究防治礦井頂板水有重有指導(dǎo)意義。13031工作面實際已經(jīng)安全回采完畢，據(jù)此研究成果指導(dǎo)13021工作面，科學(xué)留設(shè)了頂板的防砂煤柱，現(xiàn)已經(jīng)安全回采完畢。實現(xiàn)了劉河礦首個提高上限工作面安全回采，取得了較好的安全效益和經(jīng)濟效益，多回收煤炭25萬噸，獲得利潤4500萬元。

作者簡介： 張紅乾（1984～）男，河南商丘人，助理工程師，主要從事井下采礦管理工作。