回采工作面底板破壞帶深度探測(cè)分析

陳義偉

(神東煤炭集團(tuán)保德煤礦，山西 保德 036600)

0 引言

目前保德煤礦所有回采工作面均為帶壓開采，2010年僅對(duì)81300-2工作面底板破壞帶深度進(jìn)行了探測(cè)，三盤區(qū)深部區(qū)尚未進(jìn)行探測(cè)。為了確保工作面的安全回采，避免在工作面回采過(guò)程中(或回采后)底板破壞帶與奧灰水溝通(或底板阻水帶不足以抵擋奧灰水水壓)造成突水，需要對(duì)三盤區(qū)深部區(qū)回采工作面底板破壞帶進(jìn)行探測(cè)分析。

1 采后煤層底板破壞深度測(cè)試

81306工作面底板標(biāo)高為+689～+719 m，低于奧灰水水頭標(biāo)高+839 m，若遇底板隱伏導(dǎo)水構(gòu)造，則有奧灰水突水危險(xiǎn)，存在帶壓開采問(wèn)題。煤層采動(dòng)破壞深度在以前并未引起人們的重視，直到面臨帶壓開采的問(wèn)題后，才被眾多研究人員重視。測(cè)試鉆場(chǎng)布置在81307工作面二回風(fēng)巷，從81307工作面二回風(fēng)巷朝81306工作面方向設(shè)計(jì)施工鉆孔5個(gè)，通過(guò)壓水試驗(yàn)測(cè)試底板破壞深度，進(jìn)行采前采后對(duì)比分析。

1.1 測(cè)試工作面地質(zhì)條件

81306工作面位于2號(hào)主輔運(yùn)大巷以南，井田邊界以北，以東為81305工作面(已回采)，以西為81307工作面。工作面之間留設(shè)25 m寬的煤柱。地面標(biāo)高為+971～+1 106 m，工作面底板標(biāo)高為+689～+719 m，工作面走向長(zhǎng)2 744.4 m，傾斜長(zhǎng)260 m。煤巖層總體近南北走向，呈向西傾斜的單斜構(gòu)造，煤層傾角為3°～7°，平均4°左右。

煤層老頂為粗砂巖、細(xì)砂巖，灰白色，成分以石英為主，長(zhǎng)石次之，含暗色碎屑，分選性中等，次圓狀，泥質(zhì)充填，厚度6.08～9.26 m；直接頂為砂質(zhì)泥巖、含礫粗砂巖，砂泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，水平紋理，平坦?fàn)罱Y(jié)構(gòu)，含少量不完整植物化石，厚度2.83～12.96 m；直接底為粉砂巖、粗砂巖、中砂巖，灰黑色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，水平紋理，含不完整化石，厚度3.15～9.15 m。

區(qū)內(nèi)地表絕大部分為黃土覆蓋，地形切割較嚴(yán)重，溝壑發(fā)育。據(jù)鉆探資料顯示，第四系松散孔隙含水層富水性弱，接受大氣降水補(bǔ)給，但排泄迅急，補(bǔ)給有限，對(duì)生產(chǎn)影響甚微。煤系砂巖含水層裂隙水為主要充水水源，通過(guò)側(cè)向補(bǔ)給，補(bǔ)給穩(wěn)定，正常情況，巷道表現(xiàn)為滴、淋水。工作面煤層底板標(biāo)高低于奧灰水水頭標(biāo)高+839 m，最大水頭壓力為1.35 MPa，若遇底板隱伏導(dǎo)水構(gòu)造，則有奧灰水突水危險(xiǎn)。

1.2 鉆孔測(cè)試

為了對(duì)采前采后工作面底板破壞深度進(jìn)行測(cè)試對(duì)比，在81307工作面二回16聯(lián)巷朝向81306工作面方向布置2個(gè)測(cè)試鉆孔，孔號(hào)分別為T1、T2；19聯(lián)巷布置3個(gè)測(cè)試鉆孔，孔號(hào)分別為T3、T4、T5，其鉆孔平面位置如圖1所示。

圖1 81306工作面鉆孔平面布置圖

鉆孔設(shè)計(jì)為二級(jí)結(jié)構(gòu)，即φ133 mm鉆頭開孔，下入6 m長(zhǎng)度的φ108 mm孔口管，變?chǔ)?4 mm鉆頭終孔，鉆孔達(dá)到設(shè)計(jì)深度即可終孔。其鉆孔參數(shù)如圖2所示。

圖2 81306工作面鉆孔參數(shù)示意圖

1.3 鉆孔施工工藝

鉆孔施工流程：鉆孔定位→開孔鉆進(jìn)至6.5 m，安裝孔口管→變徑鉆進(jìn)至設(shè)計(jì)深度→沖洗鉆孔→安裝壓水裝置→進(jìn)行壓水試驗(yàn)→封孔。

施工工藝：①鉆機(jī)設(shè)置及角度調(diào)整。利用地質(zhì)羅盤，按設(shè)計(jì)的方位角及仰角調(diào)整并固定鉆機(jī)；②鉆進(jìn)方法。采用φ94 mmPDC復(fù)合片鉆頭鉆進(jìn)，沖洗液采用清水；③鉆進(jìn)工藝參數(shù)。PDC復(fù)合片鉆頭鉆進(jìn)時(shí)，轉(zhuǎn)數(shù)150～200 rpm，壓力500～550 kg，沖洗液量50 L/min；④鉆進(jìn)施工過(guò)程中隨時(shí)做好鉆探記錄工作；鉆探完成后根據(jù)實(shí)際需要，可對(duì)部分鉆孔進(jìn)行測(cè)斜；⑤采用清水沖洗鉆孔；⑥通過(guò)鉆桿將雙栓塞送至測(cè)試段位置，對(duì)膠塞打壓，封堵鉆孔；⑦在孔口連接測(cè)試裝置，進(jìn)行壓水試驗(yàn)；⑧鉆孔封孔。采用1∶1水泥漿進(jìn)行注漿封孔，孔內(nèi)下入φ50 mm PVC注漿管至孔底，進(jìn)行注漿封孔。

2 探測(cè)結(jié)果分析

本工程測(cè)試分為采前、采后2種情況。第一次測(cè)試為采前測(cè)試，即鉆孔對(duì)應(yīng)工作面未開采前進(jìn)行測(cè)試，各鉆孔測(cè)試段第一次背景值測(cè)定，均未發(fā)現(xiàn)漏失現(xiàn)象，不再進(jìn)行圖表繪制分析。第二次測(cè)試為采后測(cè)試，此次數(shù)據(jù)分析主要對(duì)第二次采后測(cè)試進(jìn)行。

2.1 T3、T4、T5鉆孔

81307工作面二回19聯(lián)巷鉆場(chǎng)布置3個(gè)鉆孔，此時(shí)回采工作面距離鉆場(chǎng)約100 m。

T3孔測(cè)試段為28～60 m，根據(jù)T3孔測(cè)試數(shù)據(jù)顯示，鉆孔在30～40 m段存在漏失現(xiàn)象，其中在36～40 m段有明顯漏失現(xiàn)象，該段對(duì)應(yīng)垂深為23.1～25.7 m，最大漏失量為31.5 L/min。該鉆孔其余測(cè)試段均未發(fā)現(xiàn)漏失情況。測(cè)試成果如圖3所示。

圖3 T3鉆孔漏失量圖

T4孔測(cè)試段為24～70 m，根據(jù)T4孔測(cè)試數(shù)據(jù)顯示，鉆孔在26～48 m段存在漏失現(xiàn)象，明顯漏失段有2處。第一段為測(cè)試段26～28 m處，對(duì)應(yīng)垂深為14.2～15.2 m，最大漏失量為28.1 L/min。第二段為測(cè)試段42～48 m處，對(duì)應(yīng)垂深為22.9～26.1 m，最大漏失量為33.9 L/min。該鉆孔其余測(cè)試段均未發(fā)現(xiàn)漏失情況。測(cè)試成果如圖4所示。

圖4 T4鉆孔漏失量圖

T5孔測(cè)試段為24～82 m，根據(jù)T5孔測(cè)試數(shù)據(jù)顯示，鉆孔在30～56 m段存在漏失現(xiàn)象，明顯漏失段有2處。第一段為測(cè)試段30～34 m處，對(duì)應(yīng)垂深為14.1～16 m，最大漏失量為23.4 L/min。第二段為測(cè)試段52～56 m處，對(duì)應(yīng)垂深為24.4～26.3 m，最大漏失量為32.5 L/min。該鉆孔其余測(cè)試段均未發(fā)現(xiàn)漏失情況。測(cè)試成果如圖5所示。

圖5 T5鉆孔漏失量圖

2.2 T1、T2鉆孔

81307工作面二回16聯(lián)巷鉆場(chǎng)布置2個(gè)鉆孔，此時(shí)該工作面已回采完，停采面距鉆場(chǎng)53 m。

T1孔測(cè)試段為28～60 m，根據(jù)T1孔測(cè)試數(shù)據(jù)顯示，鉆孔在30～40 m段存在漏失現(xiàn)象，其中在38～40 m段測(cè)得有明顯漏失現(xiàn)象。該段對(duì)應(yīng)垂深為24.4～25.7 m，最大漏失量為26.5 L/min。該鉆孔其余測(cè)試段均未發(fā)現(xiàn)漏失情況。測(cè)試成果如圖6所示。

圖6 T1鉆孔漏失量圖

T2孔測(cè)試段為26～70 m，根據(jù)T2孔測(cè)試數(shù)據(jù)顯示，鉆孔在28～48 m段存在漏失現(xiàn)象，明顯漏失段有2處。第一段為測(cè)試段28～30 m處，對(duì)應(yīng)垂深為15.2～16.3 m，最大漏失量為27.4 L/min。第二段為測(cè)試段44～48 m處，對(duì)應(yīng)垂深為24～26.1 m，最大漏失量為39.7 L/min。該鉆孔其余測(cè)試段均未發(fā)現(xiàn)漏失情況。測(cè)試成果如圖7所示。

圖7 T2鉆孔漏失量圖

2.3 三盤區(qū)底板破壞深度測(cè)試成果

對(duì)T1、T2、T3、T4、T5 5個(gè)鉆孔測(cè)試數(shù)據(jù)分析結(jié)果進(jìn)行匯總可得表1。

表1 三盤區(qū)底板破壞深度測(cè)試成果匯總表

根據(jù)探測(cè)鉆孔揭露段分析，判定三盤區(qū)81306工作面底板破壞帶深度為14.1～26.3 m。

3 結(jié)論

(1)三盤區(qū)81306工作面底板破壞帶深度為14.1～26.3 m。

(2)81306工作面中部和距離回撤通道30 m處測(cè)得回采工作面底板最大破壞帶深度均在26 m左右，判斷81306工作面底板破壞帶深度在這2處差別不大。

(3)三盤區(qū)81306工作面回采底板破壞深度與81300-1工作面輔回撤通道部分測(cè)試鉆孔測(cè)得的數(shù)據(jù)表明2個(gè)回采工作面底板破壞機(jī)理相似；但81300-1回采工作面底板破壞深度為31.11 m，較81306工作面測(cè)試結(jié)論26.3 m深，表明2個(gè)回采工作面底板破壞帶深度存在差異性。

(4)此次測(cè)試沒有明顯測(cè)出回采工作面底板破壞深度帶一般破壞規(guī)律中所呈現(xiàn)的“馬鞍型”邊界，這是由于此次測(cè)試鉆孔布置密度不足，所測(cè)得底板破壞深度不能較好反應(yīng)回采工作面底板破壞特征邊界；另一方面由于工作面底板巖層泥巖、砂巖、煤層互層情況復(fù)雜，對(duì)底板破壞帶邊界測(cè)定也存在一定影響。

(5)回采工作面底板破壞深度受工作面埋深、傾斜長(zhǎng)度、走向長(zhǎng)度，煤層傾角、厚度，底板巖層、回采工藝等因素的影響，本次測(cè)試得的采后工作面底板最大破壞深度，并不是說(shuō)明工作面回采影響范圍就在這一深度處，而是利用采動(dòng)后和原始滲透系數(shù)的變化，來(lái)查明工作面回采對(duì)煤層底板巖層的影響范圍。因此，測(cè)試結(jié)果對(duì)保德煤礦制定奧灰水防治措施具有一定參考性。