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      煤1上行開采導(dǎo)水裂縫帶觀測(cè)研究

      2018-12-29 05:52:56張凱華
      山東煤炭科技 2018年12期
      關(guān)鍵詞:互層泥灰?guī)r導(dǎo)水

      張凱華

      (山西省霍州煤電集團(tuán)辛置煤礦,山西 霍州 031412)

      辛置煤礦煤1的回采是在煤2、煤4回采后進(jìn)行的,煤2回采后的導(dǎo)水裂隙帶已波及煤1,對(duì)煤1上下巖層已造成破壞,同時(shí)煤4的回采對(duì)其也造成了一定的影響。為了進(jìn)一步掌握煤2、煤4回采后煤1反采導(dǎo)水裂隙帶發(fā)育的高度,促進(jìn)礦井防治水工作,必須對(duì)煤1上行開采導(dǎo)水裂縫帶進(jìn)行觀測(cè)研究。

      1 開采技術(shù)條件

      與辛置煤礦1111工作面導(dǎo)水裂縫帶探測(cè)關(guān)系密切的煤1油2頂板巖層自上而下主要為:(1)泥灰?guī)r,層厚15m。1111工作面泥灰?guī)r層與煤層頂板間距約40m。(2)煤上2,層位較穩(wěn)定,層厚6.90m。(3)泥巖泥灰?guī)r互層。層厚8.0m,與煤1頂間距約24.87m。(4)煤上1,層位較穩(wěn)定,層厚11.6m。(5)粉砂巖,層厚8.4m。(6)含油泥巖,層厚4.87m。

      2 煤層覆巖導(dǎo)水裂縫帶高度觀測(cè)研究

      2.1 煤1油2開采覆巖裂縫帶高度預(yù)計(jì)

      辛置煤礦煤1油2屬于典型的軟弱巖層。根據(jù)相應(yīng)規(guī)程覆巖導(dǎo)水裂縫帶高度的預(yù)計(jì)公式為:

      式中:

      HLi-導(dǎo)水裂縫帶高度,m;

      ∑M-累計(jì)采厚,m。

      按開采厚度4m計(jì)算,HLi為27m。為了確保能夠觀測(cè)到煤1油2開采導(dǎo)水裂縫帶的最大高度,觀測(cè)鉆孔設(shè)計(jì)的終孔位置距離煤1油2頂板的垂直高度應(yīng)控制在36~40m之間,根據(jù)1111工作面頂板實(shí)際地層情況,終孔位置應(yīng)設(shè)計(jì)在煤上2或泥灰?guī)r中。

      2.2 1111工作面導(dǎo)水裂縫帶高度觀測(cè)設(shè)計(jì)方案

      為了有效地觀測(cè)1111工作面開采導(dǎo)水裂縫帶發(fā)育的最大高度,根據(jù)1111工作面的實(shí)況,決定在1111工作面下順停采線附近設(shè)計(jì)觀測(cè)鉆窩。在1111工作面下順施工觀測(cè)鉆窩A,設(shè)計(jì)一組鉆孔,用于觀測(cè)煤1油2反采覆巖導(dǎo)水裂縫帶的發(fā)育高度及其發(fā)育形態(tài)。

      3 煤1上行開采導(dǎo)水裂縫帶發(fā)育高度探測(cè)研究

      3.1 觀測(cè)方法

      本次觀測(cè)主要是采用仰孔分段注水觀測(cè)的方法進(jìn)行,采用鉆孔雙端封堵測(cè)漏裝置進(jìn)行。布置在觀測(cè)煤層上方已掘進(jìn)的專用巷道內(nèi),觀測(cè)原理示意圖如圖1。

      圖1 井下仰孔分段注水觀測(cè)原理圖

      主要的觀測(cè)儀器包括:兩端封堵測(cè)漏裝置、供水限壓控制系統(tǒng)、供氣限壓控制系統(tǒng)。

      (1)專項(xiàng)結(jié)余資金將被收回。財(cái)政專項(xiàng)當(dāng)年未執(zhí)行完畢,剩余的資金形成結(jié)轉(zhuǎn)資金,一般可以繼續(xù)使用,但是如果到了財(cái)政規(guī)定的年限,例如廈門市財(cái)政專項(xiàng)允許年終結(jié)轉(zhuǎn)后繼續(xù)使用一個(gè)季度,仍有余額的,就形成結(jié)余資金,結(jié)余資金一般都會(huì)被財(cái)政部門收回。

      觀測(cè)程序:(1)鉆孔。采用130鉆頭施工10m左右,根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)注漿加固,植入120套管,再采用107鉆頭向深部施工,最后拆卸鉆桿。(2)觀測(cè)裝置安裝。在鉆桿頂部加好兩端封堵測(cè)漏裝置,向深部送進(jìn),同時(shí)以卡帶連接固定好送氣管。(3)連接觀測(cè)裝置。當(dāng)觀測(cè)裝置到達(dá)觀測(cè)孔底部位置后,連接供水限壓控制系統(tǒng)和供氣限壓控制系統(tǒng),進(jìn)行測(cè)試,正常后再加壓測(cè)試。(4)進(jìn)行觀測(cè)。觀測(cè)示意圖如圖2所示。

      圖2 井下鉆孔法觀測(cè)示意圖

      由于鉆孔塌孔、出水等非人力所能控制的諸多因素,致使采后只完成了A-9一個(gè)鉆孔的分段注水觀測(cè)。為了能夠比較準(zhǔn)確地界定煤1上行開采導(dǎo)水裂縫帶發(fā)育高度,根據(jù)采前2個(gè)鉆孔和采后1個(gè)鉆孔的分段注水觀測(cè)結(jié)果,充分利用在采后觀測(cè)鉆孔施工過程中鉆孔和工作面出水情況。

      3.2 1111工作面回采過程中出水情況

      瞬變電磁探測(cè)結(jié)果,泥巖與泥灰?guī)r互層共圈定較強(qiáng)富水異常區(qū)10個(gè),5#和10#異常區(qū)富水性相對(duì)最強(qiáng);泥灰?guī)r圈定較強(qiáng)富水異常區(qū)4個(gè),靠近停采線位置4#異常區(qū)富水性相對(duì)最強(qiáng)。

      工作面下順距開切眼240m揭露一小斷層,落差1.1m,傾角80°,工作面在240~310m開采范圍涌水量不斷減小,表明這一小斷層對(duì)工作面涌水沒有產(chǎn)生明顯的作用。

      1111工作面于2012年9月1日采至680.8m停采,停采后一段時(shí)間工作面涌水量基本穩(wěn)定在5m3/h左右;9月27日16時(shí)(停采26d),工作面回撤到最后一架支架時(shí),頂板開始大面積淋水,工作面涌水量約15m3/h,同時(shí),A-9孔銳減至1m3/h;9月28日(停采27d)工作面涌水量增至30m3/h,9月29日(停采28d)逐漸減小,9月30日(停采29d)涌水量減至10m3/h,10月5日(停采34d)以后涌水量基本穩(wěn)定在5m3/h。圖3為停采后工作面涌水量與時(shí)間關(guān)系圖,由此推斷1111工作面導(dǎo)水裂縫帶在采后26~27d發(fā)育最充分或達(dá)到最大發(fā)育高度。

      圖3 停采后工作面涌水量與時(shí)間關(guān)系圖

      工作面回采過程中的出水情況,涌水量峰值與泥巖與泥灰?guī)r互層的相對(duì)富水區(qū)有比較明顯的相關(guān)性,而與泥灰?guī)r相對(duì)富水異常區(qū)相關(guān)性較差。由以上工作面出水特征,推斷煤1油2反采導(dǎo)水裂縫帶最大高度主要波及泥巖與泥灰?guī)r互層含水層,而未波及泥灰?guī)r含水層。

      3.3 觀測(cè)成果

      (1)采前A-1號(hào)鉆孔觀測(cè)結(jié)果

      A-1孔所處位置離下部煤2、煤4開采區(qū)比較遠(yuǎn),巖層狀態(tài)基本不受煤2和煤4開采的影響,所測(cè)注水漏失量反映地層的原生裂隙及裂縫的發(fā)育狀態(tài)。

      (2)采前A-7號(hào)鉆孔觀測(cè)結(jié)果

      A-7孔所處位置靠近下部煤2、煤4開采區(qū),巖層狀態(tài)受煤2、煤4開采的影響,所測(cè)注水漏失量反映地層的煤1油2開采前、煤2和煤4開采后的裂隙及裂縫發(fā)育狀態(tài)。

      (3)采后A-9號(hào)孔觀測(cè)結(jié)果

      在施工A-9孔時(shí),分兩段施工。第一段用Φ50鉆具鉆進(jìn)至42m,再用Φ89鉆具擴(kuò)孔至42m,完成第一段鉆孔分段注水觀測(cè),所觀測(cè)地層為粉砂巖和煤上1,鉆孔還未揭露互層,故此段觀測(cè)時(shí)孔內(nèi)出水量相對(duì)較??;第二段從42m處繼續(xù)施工至62.45m。42.5m見互層,鉆至43m時(shí)出水量25~35m3/h,水壓0.8MPa,由于鉆孔出水,且水壓大于膠囊封堵壓力和注水壓力,此時(shí)所測(cè)漏失量為零,觀測(cè)失效。當(dāng)探管推至56m時(shí),觀測(cè)讀數(shù)不為零,觀測(cè)工作正常。

      根據(jù)以上開采前后鉆孔漏失量的變化可以確定A-9孔的導(dǎo)水裂縫帶上界在孔深59.0m處,即泥巖與泥灰?guī)r互層和煤上2的交界處。導(dǎo)水裂縫高度由下式計(jì)算:

      式中:

      H裂-導(dǎo)水裂縫帶高度,m;

      a-鉆孔傾角,(°);

      β-沿鉆孔方向的煤層偽傾角,(°);

      l-導(dǎo)水裂縫帶上界孔深,m;

      h-開采高度,m;

      h'-孔口距煤層底板的高度,m;

      h''-回采頂板到煤頂板的距離,m。

      將l=59.0m,a=45°,β=7°,h=3.97m,h'=2.0m,h''=1.9m代入(2)式,得A-9孔實(shí)測(cè)導(dǎo)水裂縫帶高度H裂=36.5m。

      3.4 1111工作面煤1反采導(dǎo)水裂縫帶發(fā)育高度

      辛置煤礦煤1油2采用綜采工作面,開采高度一般為3.97m。粉砂巖原生裂隙和裂縫發(fā)育相對(duì)較弱,采動(dòng)后有大量的新生裂隙和裂縫產(chǎn)生;煤上1地層原生裂隙和裂縫發(fā)育比較均勻,受煤1油2開采影響大,產(chǎn)生了大量的新生導(dǎo)水裂隙和裂縫;泥巖與泥灰?guī)r互層原生裂隙、裂縫和溶洞發(fā)育極不均勻,互層中泥灰?guī)r的原生裂隙、裂縫和溶洞發(fā)育較強(qiáng),而互層中的泥巖原生裂隙和裂縫發(fā)育相對(duì)較弱,受煤2煤4開采影響大,產(chǎn)生了較為明顯的新生裂隙和裂縫,煤1油2開采產(chǎn)生了大量的新生裂隙和裂縫;煤上2地層受煤2、煤4及煤1油2開采影響小,基本上是整體下沉形式,沒有產(chǎn)生明顯的新生裂隙和裂縫,原生裂隙和裂縫發(fā)育相對(duì)較弱,具有阻隔水作用。

      綜合工作面回采過程工作面涌水情況及采后A-9鉆孔的實(shí)測(cè)結(jié)果,最大導(dǎo)水裂縫帶高度發(fā)育至泥巖與泥灰?guī)r互層和煤上2的交界面,A-9孔實(shí)測(cè)高度為36.5m,按正常情況下平均采高3.97m計(jì)算,裂高采厚比約9.2。導(dǎo)水裂縫帶高度發(fā)育的最大高度與巖層的巖性有著密切的關(guān)系,煤上1地層采前與采后比較地層未產(chǎn)生明顯的導(dǎo)水裂縫通道,但其上的泥巖與泥灰?guī)r互層卻產(chǎn)生了明顯的新生裂縫,但由于煤上1的阻水作用,其導(dǎo)水裂縫帶發(fā)育最大高度不會(huì)超過煤上1地層,這時(shí)裂高采厚比顯得意義不大。

      4 結(jié)論

      (1)辛置煤礦煤上1地層原生裂隙和裂縫發(fā)育比較均勻,受煤1油2開采影響大,有大量的導(dǎo)水裂隙和裂縫產(chǎn)生。煤1油2開采后重復(fù)移動(dòng)破壞,在縱橫兩個(gè)方向上都具有非常好的導(dǎo)水連通性;煤上2地層受煤2、煤4及煤1油2開采影響小,基本上是整體下沉形式,原生裂隙和裂縫發(fā)育相對(duì)較弱,具有阻隔水作用。

      (2)辛置煤礦煤1油2開采高度3.97m時(shí),導(dǎo)水裂縫帶最大高度泥巖與泥灰?guī)r互層和煤上2的交界面,最大裂高36.5m,裂高采厚比為9.2。

      (3)由停采后工作面涌水量隨時(shí)間的變化關(guān)系分析,導(dǎo)水裂縫帶發(fā)育到最充分所需要的時(shí)間大約26d,這也可能是最大裂高形成的時(shí)間。

      (4)雖然采后只完成了A-9鉆孔的分段注水觀測(cè),但通過綜合分析獲得了比較符合實(shí)際的結(jié)論,基本達(dá)到了煤1反采導(dǎo)水裂縫帶發(fā)育高度探測(cè)的目的。

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