工作面上覆巖層三帶分布實(shí)測研究

肖 華

(貴州煤礦安全監(jiān)察局安全技術(shù)中心， 貴州 貴陽 550001)

0 概 述

我國學(xué)者根據(jù)覆巖運(yùn)動和破壞特征，提出了覆巖破壞學(xué)說，按照長壁開采后覆巖變形破壞特征及其導(dǎo)水性能，將上覆巖層分為“三帶”即冒落帶、裂隙帶和整體彎曲下沉帶，并對離采場較近的裂隙帶形態(tài)及力學(xué)特性進(jìn)行了描述[1-4]。采場覆巖變形破壞“三帶”分布特征的說法已經(jīng)基本成熟，“三帶”高度的確定方法目前主要有理論計(jì)算、現(xiàn)場實(shí)測、數(shù)值模擬等方法[4-8]，本文以某礦井綜采工作面為研究對象，該工作面走向長度為2038 m，傾向長度為300 m，平均采高為4.7 m，所采煤層賦存穩(wěn)定，煤層層理較發(fā)育，整體性較好，平均埋深約108 m，屬于淺埋深大采厚煤層，采煤工藝為綜采工藝，頂板管理方式采取全部垮落法。為了研究該礦井所在地質(zhì)條件下煤層開采后上覆巖層的破壞形式，本文采用鉆孔沖洗液法對上覆巖層的破壞分帶進(jìn)行實(shí)測，通過實(shí)測確定“三帶”的范圍，為礦井有效管理頂板和保障安全生產(chǎn)提供理論依據(jù)。

1 鉆孔布置情況

在進(jìn)行測量之前首先要確定觀測鉆孔的具體位置，必須保證該鉆孔位于所研究的綜采工作面上方，其次要記錄觀測鉆孔的基本參數(shù)，觀測鉆孔和工作面位置關(guān)系見圖1，觀測鉆孔基本參數(shù)見表1。

2 觀測結(jié)果及分析

2.1 鉆孔觀測結(jié)果

從綜采工作面正前上方地表往下打勘探鉆孔，當(dāng)鉆孔深度達(dá)到87.72 m時(shí)，取出的巖芯顯示為淺灰粉砂巖，且下部較為破碎；當(dāng)鉆孔最終成孔時(shí)，綜采工作面已經(jīng)推進(jìn)到距觀測鉆孔水平距離只有0.42m位置，此時(shí)地表移動基本停止已趨于穩(wěn)定狀態(tài)。由于覆巖發(fā)生破壞的地帶，裂隙較多，所以觀測鉆孔沖洗液消耗量也將增多，于是可以根據(jù)鉆孔沖洗液漏失量的變化情況，來判斷工作面上覆巖層的破壞情況，以此來劃分上覆巖層破壞“三帶”，試驗(yàn)觀測鉆孔沖洗液消耗量見表2。

圖1 觀測鉆孔平面布置

孔口初始坐標(biāo)X/m4418203.35Y/m37416302.32Z/m1391.30終孔深度h2/m87.72出現(xiàn)塌陷夾鉆的鉆孔深度h3/m87.72煤層底板標(biāo)高Zm/m1280.00孔口對應(yīng)正下方煤層厚度M/m5.00工作面采高M(jìn)Z/m4.50

2.2 工作面覆巖破壞特征

鉆孔CY1沖洗液漏失量變化曲線見圖2。

由圖2可知，工作面開采后，從地表面到工作面頂板，工作面上覆巖層破壞程度存在較為明顯的差異，可以根據(jù)上覆巖層程度對其破壞形式進(jìn)行分帶，從上至下依次可劃分為彎曲下沉帶、導(dǎo)水裂隙帶和垮落帶。根據(jù)實(shí)測鉆孔沖洗液消耗量變化情況可以確定各帶的帶寬，在孔深44.62～54.98 m范圍內(nèi)，沖洗液消耗量為0.30 m3/h～0.60 m3/h；當(dāng)鉆孔鉆進(jìn)至孔深54.98 m時(shí)，鉆孔出現(xiàn)漏孔，沖洗液消耗量顯著增加，從0.60 m3/h迅速增加到2.50 m3/h，小泵流量(2.5 m3/h)全部漏失，沒有返水，以后一直保持漏孔；當(dāng)鉆孔繼續(xù)鉆進(jìn)至孔深87.72 m時(shí)，鉆孔出現(xiàn)塌陷夾鉆。由此可計(jì)算工作面上覆巖層三帶高度：

表2 觀測鉆孔沖洗液消耗量

圖2 工作面觀測鉆孔沖洗液漏失量變化曲線

煤層埋深：Hs=Z-Zm-M=1391.295-1280-5.0=106.295 m

彎曲下沉帶高度：Hl=h1=54.98 m

導(dǎo)水裂隙帶高度：HliHs-h1=51.315 m

垮落帶高度：Hm=Hs-h3=18.575 m

彎采比：Kl=Hl/M2=12.217

裂采比：Kli=Hli/M2=10.9

垮采比：Km=Hm/M2=3.9

式中h1為漏水加劇深度，54.98 m。

根據(jù)上覆巖層各破壞帶厚度，可以計(jì)算得到該工作面垮落帶、導(dǎo)水裂隙帶、彎曲下沉帶厚度比值為1∶1.76∶2.96。

3 結(jié) 論

本文采用鉆孔沖洗液現(xiàn)場實(shí)測法研究工作面上覆巖層破壞分帶形式，并以某礦綜采工作面為例,對上覆巖層破壞分帶形式進(jìn)行了實(shí)測和分析研究，確定了試驗(yàn)研究礦井綜采工作面開采后上覆巖層破壞形式分帶特征，試驗(yàn)研究主要結(jié)論如下：

(1) 工作面開采后，工作面上覆巖層破壞程度存在較為明顯的差異，可以根據(jù)上覆巖層程度對其破壞形式進(jìn)行分帶，從上至下依次可劃分為彎曲下沉帶、導(dǎo)水裂隙帶和垮落帶。

(2) 借助實(shí)測鉆孔沖洗液損耗量的差異確定各帶臨界點(diǎn)，進(jìn)而得出 “三帶”的確切高度，最終可以較為精確地得到上覆巖層破壞后各帶的厚度比，可以為同類型工作面頂板管理提供參考。

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