亭南煤礦204工作面4煤導(dǎo)水裂隙帶高度測(cè)試研究

楊磊　武建勇　葉偉峰　李貴娟

【摘 要】本項(xiàng)目運(yùn)用鉆孔沖洗液消耗觀測(cè)法和鉆孔電視探測(cè)法兩種方法測(cè)定和研究了4煤頂板導(dǎo)水裂隙帶的發(fā)育高度，獲得了綜采條件下導(dǎo)水裂隙發(fā)育高度的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。

【關(guān)鍵詞】導(dǎo)水裂隙帶；消耗量觀測(cè)；鉆孔電視

1. 礦井地質(zhì)采礦條件

亭南煤礦地處彬長(zhǎng)煤田，行政區(qū)劃屬陜西省咸陽市長(zhǎng)武縣亭口鄉(xiāng)所轄，采用立井單水平開拓，生產(chǎn)能力3.0Mt/a。

主采煤層為4煤層，采用走向長(zhǎng)壁后退式采煤法，為綜采一次采全高采煤工藝，單體液壓支柱支護(hù)頂板，全部垮落法管理頂板，本次施工的204工作面位于礦井東北部，南北走向，工作面長(zhǎng)度200m，計(jì)劃推采長(zhǎng)度2150m。該面煤層厚度為16.9m～21.0m，平均19.1m，煤層傾角0°～5°，設(shè)計(jì)回采高度為6.0m，是亭南煤礦第一個(gè)大采高工作工作面。

2. 項(xiàng)目工程概況

本項(xiàng)目運(yùn)用鉆孔沖洗液消耗觀測(cè)法和鉆孔電視探測(cè)法兩種方法測(cè)定和研究了4煤頂板導(dǎo)水裂隙帶的發(fā)育高度，獲得了綜采條件下導(dǎo)水裂隙發(fā)育高度的實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)。

204工作面設(shè)計(jì)并施工了2個(gè)鉆孔（D1孔和D2孔），D1孔首先施工至白堊系底部，然后封堵全段白堊系地層，繼續(xù)施工至預(yù)計(jì)導(dǎo)水裂縫帶上部，進(jìn)行安定組頂部水位長(zhǎng)觀；D2孔為采后孔，首先施工至白堊系洛河組地層底部，然后封堵全段洛河組地層，繼續(xù)施工至導(dǎo)水裂縫帶頂部，觀測(cè)導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度。地面探查鉆孔揭露地層信息統(tǒng)計(jì)表見表1。

3. 導(dǎo)水裂隙帶高度確定方法

3.1 鉆孔沖洗液消耗量觀測(cè)方法

要求水源箱、循環(huán)槽、沉淀池不得漏水，水源箱和沉淀池容積不小于1m×1m×1m的正方體，水源箱內(nèi)安設(shè)浮標(biāo)式水位測(cè)尺。

觀測(cè)方法：開鉆后，當(dāng)沖洗液形成循環(huán)時(shí)，測(cè)定一次水源箱的水位，并記錄開鉆時(shí)間、鉆孔深度，每鉆進(jìn)0.5m再測(cè)定和記錄一次。當(dāng)漏失量變大時(shí)，可縮短為0.3m測(cè)定和記錄一次。完成一個(gè)回次以后，再測(cè)定和記錄一次。并用鋼尺測(cè)出該回次的實(shí)際進(jìn)尺量。在觀測(cè)段鉆進(jìn)時(shí)，每次起鉆后下鉆前均測(cè)定鉆孔水位。當(dāng)沖洗液循環(huán)中斷時(shí)，及時(shí)記錄孔深和時(shí)間，當(dāng)沖洗液恢復(fù)循環(huán)時(shí)，同樣記錄孔深和時(shí)間。當(dāng)鉆進(jìn)到裂隙帶時(shí)，每次起鉆后，如向鉆孔內(nèi)吸風(fēng)或瓦斯涌出等現(xiàn)象時(shí)，應(yīng)記錄當(dāng)時(shí)的鉆孔深度。

裂隙帶定點(diǎn)的確定：鉆孔內(nèi)導(dǎo)水裂隙帶的頂點(diǎn)根據(jù)以下3個(gè)方面的資料并加以綜合分析確定：

a） 沖洗液漏失量顯著增加，并且基本上呈現(xiàn)出隨著鉆孔深度增加而增加的趨勢(shì)；或者沖洗液全部漏失，經(jīng)堵漏后再向下鉆進(jìn)時(shí)仍然如此。

b） 鉆孔水位顯著降低，水位下降速度加快，或者發(fā)生水位突變，有的甚至孔內(nèi)無水。

c） 巖芯有縱向裂隙及鉆孔有輕微吸風(fēng)現(xiàn)象。

3.2 鉆孔彩色電視觀測(cè)

彩色鉆孔電視系統(tǒng)是把一自帶光源的防水?dāng)z像探頭放入地下鉆孔中，可現(xiàn)場(chǎng)對(duì)鉆孔中地質(zhì)體的各種特征及細(xì)微變化實(shí)時(shí)觀測(cè)、監(jiān)控和記錄?？捎^測(cè)地層巖性、巖石結(jié)構(gòu)、活動(dòng)性斷層、地層注漿后漿液充填情況、夾層破碎帶、巖溶、暗河、堆積體、突發(fā)性涌水、地下水位變化等。

本項(xiàng)目用來觀測(cè)煤層上覆巖層的完整性和原生裂隙的發(fā)育特征、受采動(dòng)巖體裂縫帶內(nèi)巖層的裂縫發(fā)育寬度、連通情況，巖體破碎狀況和垮落巖塊的分布情況，以及鉆孔內(nèi)部裂縫的滲水和孔內(nèi)水位變化情況等，并結(jié)合鉆孔沖洗液漏失量來觀測(cè)研究采動(dòng)巖層的裂隙發(fā)育和漏水及含水情況，可以為研究確定“兩帶”尤其是冒落帶的發(fā)育高度提供依據(jù)。

4. 導(dǎo)水裂隙帶高度確定

4.1 沖洗液消耗量確定導(dǎo)水裂隙帶高度

從圖1中可以看出，沖洗液進(jìn)入洛河組后流失量開始變大，在一開孔深280m以后基本全部漏失，二開進(jìn)入安定后，在孔深427.17m處沖洗液漏失量增大，反復(fù)進(jìn)行堵漏，效果不明顯。

同時(shí)，結(jié)合鉆孔水位觀測(cè)，D2孔在施工洛河組時(shí)水位開始大幅下降，在安定組427.17m水位發(fā)生突降，降幅58.9m，說明此處導(dǎo)水裂隙帶連通明顯，鉆進(jìn)期間水位波動(dòng)范圍在5.71m～276.11m。

在工作面回采過程中，對(duì)D1鉆孔安定組頂部水位進(jìn)行了觀測(cè)，觀測(cè)數(shù)據(jù)顯示，回采工作面推采過D1孔位置時(shí)，安定組頂部水位開始明顯下降，導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育已影響到安定組頂部，這和D2鉆孔觀測(cè)結(jié)果基本統(tǒng)一的。

綜合分析后可以判定，D2鉆孔在孔深427.17m處為導(dǎo)水裂隙帶的頂點(diǎn)。

因此，導(dǎo)水裂隙帶高度為：

H導(dǎo)=H-M-h+W

式中：

H導(dǎo)——導(dǎo)水裂隙帶最大高度；m

H——煤層底板距離孔口垂深；（工作面底板標(biāo)高365m，D2孔口標(biāo)高934.20m，則H為569.20m）

M——煤層平均采厚；（6m ）

h——導(dǎo)水裂隙帶頂點(diǎn)距離孔口垂深；（427.17m）

W——打鉆觀測(cè)時(shí)裂隙帶巖層的壓縮值（在此取W=0.2m）；

經(jīng)計(jì)算得出導(dǎo)水裂隙帶最大高度H導(dǎo)=135.23m，約為采厚的22.7倍。

4.2 鉆孔窺視確定導(dǎo)水裂隙帶高度

D2孔觀測(cè)侏羅系地層時(shí)候，在安定組415.36m、416.85m、417.03m，417.12m、417.24m、419.86m、421.14m、424.51m、425.29m、430.83m、449.13、450.71m等處遇見裂隙（見4-1），其中在孔深424.51出后，基本以縱向裂隙為主，孔壁破碎，因此把424.51m定位該位置裂隙帶頂點(diǎn)。

經(jīng)計(jì)算得出導(dǎo)水裂隙帶最大高度H導(dǎo)=138.69m，約為采厚的23.1倍。

5. 結(jié)論

通過鉆孔沖洗液消耗觀測(cè)法和鉆孔電視探測(cè)法兩種方法對(duì)亭南煤礦4煤頂板導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育高度測(cè)試與研究。

鉆孔沖洗液消耗觀測(cè)法測(cè)定的導(dǎo)水裂隙帶的發(fā)育高度為135.23m，約為采厚的22.7倍；鉆孔彩色電視觀測(cè)的導(dǎo)水裂隙帶最大高度H導(dǎo)=138.69m，約為采厚的23.1倍。

綜合分析，兩值基本一致，由于導(dǎo)水裂隙帶中，垂直裂隙發(fā)育較多，有的裂隙不一定具有導(dǎo)水性能，而鉆孔沖洗液消耗觀測(cè)法由于采用清水鉆進(jìn)，結(jié)果相對(duì)比較準(zhǔn)確，符合實(shí)際情況。

因此，本報(bào)告推薦亭南4煤頂板導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育最大高度H導(dǎo)=135.23m，約為采厚的22.7倍。

參考文獻(xiàn)：

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作者簡(jiǎn)介：

楊磊（1983-），男，漢族，河南商丘人，大學(xué)本科，2008年7月畢業(yè)于河南理工大學(xué)水文與水資源工程專業(yè)，目前從事水文地質(zhì)研究工作。