蓋州煤礦9105綜采工作面導(dǎo)水裂隙帶觀測(cè)研究

孫浩彬

（山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)蓋州煤業(yè)有限公司，山西 晉城 048400）

礦山開采活動(dòng)可導(dǎo)致上覆巖層的應(yīng)力重分布，尤其在形成采空區(qū)后，上覆巖層受到的支撐力減小，下沉彎曲，裂隙發(fā)育，形成導(dǎo)水裂隙帶[1-2]。導(dǎo)水裂隙帶的觀測(cè)和研究，對(duì)于礦山井下安全開采具有十分重要的意義，本文探討了導(dǎo)水裂隙帶觀測(cè)基本原理，并根據(jù)蓋州煤礦9105工作面實(shí)際地質(zhì)情況進(jìn)行了觀測(cè)方案設(shè)計(jì)和實(shí)地觀測(cè)，取得了較好的觀測(cè)效果。

1 工程概況

1.1 工作面情況

蓋州煤礦9105工作面地面位于山秦村以南，原董莊煤礦以西，侯家莊村東，東吳莊西北的山嶺、溝谷地段，大部分為山地，有極少地段為農(nóng)田。原董莊煤礦西部及西北部存在一些高壓線路及鐵塔，其采掘工程平面圖見圖1所示。9105工作面走向長1820m，工作面長180m，掘進(jìn)時(shí)9105工作面進(jìn)風(fēng)順槽凈斷面為4.8～2.8m，采用切頂卸壓沿空留巷后巷道凈斷面預(yù)計(jì)為4.5 ～2.5m，作為9107工作面回風(fēng)順槽使用。

1.2 地質(zhì)構(gòu)造

工作面局部地方有寬緩的褶曲構(gòu)造，9105運(yùn)輸順槽揭露F14斷層，預(yù)計(jì)工作面會(huì)有落差較小的斷層，9105回風(fēng)順槽230～270m處有一單斜構(gòu)造，傾角約20°～30°。

圖1 工作面采掘工程平面圖

1.3 水文情況

工作面受頂板K5灰?guī)r水和上覆殘留3號(hào)老空水影響。施工疏放水鉆孔13個(gè)疏水800m3，雖然采前對(duì)上部積水進(jìn)行了疏放，回采過程中仍有殘余老空積水沿裂隙導(dǎo)入工作面，預(yù)計(jì)正常涌水量為4.7m3/h，隨著工作面推采垮落，將通過裂隙導(dǎo)入工作面?；夭善陂g應(yīng)具備足夠排水能力和完善的排水系統(tǒng)。

2 井下導(dǎo)水裂隙帶觀測(cè)原理

2.1 井下導(dǎo)水裂縫帶觀測(cè)方法概述

將鉆場(chǎng)布置在井下圍巖較為穩(wěn)定的硐室或巷道中，從該鉆場(chǎng)打斜仰鉆孔至上層圍巖的導(dǎo)水裂隙帶，并使用專用的觀測(cè)儀器來觀測(cè)和測(cè)量該導(dǎo)水裂隙帶的高度。與之前常用的裂隙帶觀測(cè)方法相比，該方法具有觀測(cè)速度快、觀測(cè)精度高、費(fèi)用少等優(yōu)點(diǎn)[3-5]。其基本原理如圖2所示。

圖2 井下鉆孔導(dǎo)水裂縫帶高度觀測(cè)示意圖

2.2 井下導(dǎo)水裂隙帶高度觀測(cè)儀的結(jié)構(gòu)

井下導(dǎo)水裂隙帶高度觀測(cè)系統(tǒng)，由高壓氣源水源系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、管路系統(tǒng)、雙端堵水器等幾部分組成，見圖3所示。

3 9105工作面導(dǎo)水裂隙帶高度觀測(cè)方案設(shè)計(jì)

3.1 觀測(cè)剖面位置的確定

結(jié)合工作面實(shí)際情況，同時(shí)為達(dá)到方便觀測(cè)的要求，將觀測(cè)位置布置在工作面運(yùn)輸順槽中。導(dǎo)水裂隙帶高度觀測(cè)實(shí)施時(shí)間為2018年11月份，考慮工作面內(nèi)煤層厚度變化及地質(zhì)構(gòu)造的影響，鉆孔位置應(yīng)距地質(zhì)鉆孔較近的地方。在9105工作面推至861m位置處（在9105工作面J15標(biāo)志點(diǎn)附近）進(jìn)行導(dǎo)水裂隙帶高度觀測(cè)較為合適，附近無斷層構(gòu)造影響，其區(qū)域?yàn)?018年10月10日左右回采完成。根據(jù)工作面平均日推進(jìn)10m，2018年11月12日工作面已推過該區(qū)域33d左右時(shí)間，觀測(cè)時(shí)間合適。

圖3 導(dǎo)水裂隙帶高度觀測(cè)儀測(cè)試圖

該斷面內(nèi)預(yù)計(jì)施工2～3個(gè)觀測(cè)鉆孔，包括2個(gè)觀測(cè)孔和1個(gè)對(duì)比孔。其中導(dǎo)水裂隙帶高度觀測(cè)孔向9105工作面方向施工，鉆孔方位與工作面垂直；對(duì)比孔施工方向?yàn)槊后w，方位與工作面成90°。觀測(cè)鉆孔平面布置圖如圖4所示。

圖4 觀測(cè)鉆孔布置平面示意圖

3.2 鉆孔布置方案

觀測(cè)孔：需布置2個(gè)觀測(cè)孔，進(jìn)行對(duì)比分析。若觀測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)比性不強(qiáng)，需要補(bǔ)充觀測(cè)鉆孔。

對(duì)比孔：施工過程中先施工2個(gè)導(dǎo)水裂隙帶高度觀測(cè)孔，如果觀測(cè)數(shù)據(jù)能夠明顯而準(zhǔn)確地確定導(dǎo)水裂隙帶高度值，則不需要再施工對(duì)比孔；如果觀測(cè)孔內(nèi)各段注水漏失量的數(shù)據(jù)對(duì)比性不強(qiáng)，則在觀測(cè)斷面內(nèi)向?qū)嶓w煤未采動(dòng)區(qū)域內(nèi)再施工1個(gè)對(duì)比孔。通過對(duì)比孔與觀測(cè)孔內(nèi)的注水漏失量的對(duì)比，來準(zhǔn)確確定9105工作面的導(dǎo)水裂隙帶高度。

根據(jù)計(jì)算設(shè)計(jì)，各鉆孔的要素見表1，導(dǎo)水裂隙帶高度觀測(cè)與對(duì)比孔布置剖面圖如圖5所示。

根據(jù)該礦實(shí)際條件，鉆機(jī)選用型號(hào)為ZYW-1200煤礦用全液壓鉆機(jī)，在注漿管處用3NBB3.1-15.0/6.0-2.5-1.5型煤礦用變量泥漿泵對(duì)孔壁采用水泥水玻璃雙液漿進(jìn)行注漿，并配備法蘭盤，以備鉆孔透水時(shí)封孔使用，然后再正常鉆進(jìn)。兩帶高度觀測(cè)儀選用型號(hào)為QKX-DSQ-1500的雙端堵水器。

表1 觀測(cè)鉆孔參數(shù)表

圖5 導(dǎo)水裂隙帶高度觀測(cè)鉆孔布剖面圖

3.3 觀測(cè)時(shí)間

每施工完一個(gè)鉆孔就觀測(cè)一個(gè)，鉆機(jī)不要移動(dòng)，觀測(cè)時(shí)要使用鉆機(jī)。每個(gè)鉆孔的觀測(cè)時(shí)間為1d，并提前一天在井上做好下井觀測(cè)前的準(zhǔn)備工作。

先進(jìn)行2個(gè)觀測(cè)孔的施工與觀測(cè)，如果觀測(cè)孔內(nèi)各段注水漏失量的數(shù)據(jù)對(duì)比性不強(qiáng)，則在觀測(cè)斷面內(nèi)向?qū)嶓w煤未采動(dòng)區(qū)域內(nèi)再施工1個(gè)對(duì)比孔，通過對(duì)比孔與觀測(cè)孔內(nèi)的注水漏失量的對(duì)比。

4 9105工作面覆巖導(dǎo)水裂隙帶高度觀測(cè)成果

4.1 9105工作面鉆孔施工情況

2018年11 月份在9105工作面運(yùn)輸順槽的5J15標(biāo)志點(diǎn)處向9105工作面采空區(qū)方向施工2個(gè)頂板探測(cè)鉆孔。鉆孔施工的9105工作面區(qū)域?yàn)?018年10月10日左右回采完成。

根據(jù)巷道探煤厚資料顯示，鉆孔施工終孔區(qū)域煤厚1.7m，實(shí)際施工情況：1#鉆孔施工至44m處，2#鉆孔施工至45m處，3#鉆孔施工至46m處。軌跡儀觀測(cè)過程中，鉆孔基本無掉塊現(xiàn)象。

4.2 觀測(cè)結(jié)果分析

（1）對(duì)比鉆孔

對(duì)比孔觀測(cè)鉆孔于2018年11月12日開始施工，至11月13日施工完成，11月14日開始進(jìn)行對(duì)比孔的觀測(cè)工作。

對(duì)比孔鉆孔區(qū)域內(nèi)，孔深10～44m、垂高8.66～38.11m階段，巖層滲水量為0.5～4.7L/min。說明巖層滲水量小于4.7L/min時(shí)，該區(qū)域不在導(dǎo)水帶范圍內(nèi)，對(duì)比孔為本次觀測(cè)提供了一定的技術(shù)資料。

（2）1#孔觀測(cè)結(jié)果分析

1#觀測(cè)鉆孔于2018年11月7日開始施工，至11月8日施工完成，11月16日鉆孔開始進(jìn)行1#孔的導(dǎo)高觀測(cè)工作。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)數(shù)據(jù)，鉆孔觀測(cè)范圍內(nèi)各段巖層的注水漏失量可以明顯分為兩個(gè)區(qū)域，即漏失量較大的I區(qū)域與漏失量較小的II區(qū)域。在II段鉆孔區(qū)域內(nèi)，孔深29～42m、垂高27.25～39.5m區(qū)域，巖層的注水漏失量為2.5～3.8L/min，各巖層段的滲透量均＜4L/min，并不在裂隙帶范圍內(nèi)。I段鉆孔區(qū)域內(nèi)，孔深10～29m、垂高9.4～27.25m階段，巖層滲水量為9.6～19L/min，1#觀測(cè)孔觀測(cè)到的導(dǎo)水裂隙帶的最大發(fā)育高度應(yīng)該在27.25m左右。

（3）2#孔觀測(cè)結(jié)果分析

2#觀測(cè)鉆孔于2018年11月9日開始施工，至11月10日施工完成，11月15日開始進(jìn)行2#孔的導(dǎo)高觀測(cè)工作。2#孔的觀測(cè)由下往上進(jìn)行。

在II段鉆孔區(qū)域內(nèi)，孔深31～44m，垂高28.8～40.9m，巖層注水漏失量為3.0～5.1L/min，該段區(qū)域不在導(dǎo)水裂隙帶范圍。I段鉆孔區(qū)域內(nèi)，孔深10～30m，垂高9.27～28.8m，巖層注水漏失量為8.7～18.2L/min，2#觀測(cè)孔觀測(cè)到的導(dǎo)水裂隙帶的最大發(fā)育高度在28.8m左右。

5 結(jié)論

（1）論文探討了蓋州煤礦9105工作面導(dǎo)水裂隙帶的基本觀測(cè)原理，并根據(jù)實(shí)際地質(zhì)情況設(shè)計(jì)了采用1個(gè)對(duì)比孔、2個(gè)觀測(cè)孔進(jìn)行觀測(cè)方案設(shè)計(jì)。

（2）本次現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)共實(shí)測(cè)2個(gè)頂板導(dǎo)高觀測(cè)鉆孔，2個(gè)鉆孔均比較準(zhǔn)確地測(cè)試出了導(dǎo)水裂隙帶的上限值。1#孔：H（1）=27.25m；2#孔：H（2）=28.8m；平均值：H（平均）=28.03m。