文/楊居友

特厚煤層采場上方覆巖導(dǎo)水裂隙帶高度的測(cè)定

文/楊居友

特厚煤層采場上方覆巖導(dǎo)水裂隙帶高度如何確定，關(guān)系著特厚煤層安全開采及保護(hù)煤柱留設(shè)等重大問題，開灤唐山礦業(yè)分公司與中國礦業(yè)大學(xué)聯(lián)合開發(fā)，研制技術(shù)可行、操作方便的新工藝，解決了特厚煤層采場上方覆巖導(dǎo)水裂隙帶高度的測(cè)定問題，為特厚煤層上方實(shí)現(xiàn)注漿減沉提供了注漿孔底部合理參數(shù)。

一、特厚煤層采場上方覆巖導(dǎo)水裂隙帶高度地面鉆孔的測(cè)定

1.地表鉆孔沖洗液消耗量觀測(cè)導(dǎo)高

導(dǎo)水裂隙帶高度觀測(cè)采取“雙端堵水器”導(dǎo)高觀測(cè)新技術(shù)。觀測(cè)精度高、性能可靠，能夠分辨出導(dǎo)水裂隙帶內(nèi)各個(gè)層位的導(dǎo)水性能。

地面導(dǎo)高觀測(cè)步驟：操作起脹控制臺(tái)，使探頭的兩個(gè)膠囊處于無壓收縮狀態(tài)；使用鉆機(jī)鉆桿（或使用推桿，人力推動(dòng)）將探頭推移到位；操作起脹控制臺(tái)，對(duì)探頭的兩個(gè)膠囊注氣加壓，使之處于承壓膨脹狀態(tài)，從而封堵分隔一段鉆孔；操作注氣控制臺(tái)，對(duì)分隔出的一段鉆孔進(jìn)行注氣觀測(cè)，通過注氣控制臺(tái)上的流量計(jì)，觀測(cè)出這段巖層單位時(shí)間的注氣滲流量，從而測(cè)試出這段巖層的透氣性能，根據(jù)透氣性能來判斷導(dǎo)水裂隙帶高度。

2.T2291工作面的地質(zhì)開采條件

導(dǎo)水裂隙帶高度觀測(cè)工作面T2291位于礦井12水平鐵二區(qū)的二采區(qū)。該工作面走向長度1062m，工作面傾斜長度138m，煤層平均厚度10m。煤層平均傾角12°。煤層平均埋深636m。地質(zhì)儲(chǔ)量185.74萬t，可采儲(chǔ)量148.59萬t，煤層為9煤層。老頂為灰色細(xì)砂巖，厚度約14.5m，直接頂為灰色砂質(zhì)泥巖，厚度約4m。偽頂為灰色泥巖，厚度約0.5m。直接底為深灰色泥巖，厚約4.5m。老底為深灰色砂質(zhì)泥巖，厚度2.0m。觀測(cè)鉆孔布置在T2291工作面的中部，在工作面走向鉆孔距開切眼的距離為350m，在工作面傾斜方向鉆孔與上、下順槽的距離均為69m。觀測(cè)孔處，9煤層的底板標(biāo)高是-633m，煤層頂板標(biāo)高則為-623m，地表標(biāo)高+13m，鉆孔在延伸過程中，鉆孔水位也充分反應(yīng)了導(dǎo)高上限的位置，孔深由475m延伸到485m，鉆孔內(nèi)由穩(wěn)定的存水突變到無水，這充分表明導(dǎo)高上限在475m～485m之間。根據(jù)地表鉆孔沖洗液消耗量導(dǎo)高觀測(cè)法的原理，同時(shí)從安全角度考慮，該工作面采場覆巖導(dǎo)高上限確定在孔深475m處。導(dǎo)高發(fā)育上限標(biāo)高為13-475=-462m，所以該工作面采場覆巖導(dǎo)水裂縫帶高度為：H=623-462=161m。即T2291面采場覆巖導(dǎo)高是采厚M的16.1倍。

二、特厚煤層采場上方覆巖導(dǎo)水裂隙帶高度工作面鉆孔的測(cè)定

1.井下導(dǎo)高觀測(cè)儀與井下導(dǎo)高觀測(cè)方法

T2192綜放面位于鐵二采區(qū)鐵路煤柱的東南側(cè)。南鄰是采空區(qū)，北鄰是煤柱。平均采深為613.5m，9煤層至5煤層間距為37m。9煤層厚度為10.14m。工作面走向長960m，在回采工作面周邊的適當(dāng)位置，向采空區(qū)上方打仰斜鉆孔，該鉆孔穿透覆巖導(dǎo)水裂隙帶，并進(jìn)入其上方的彎曲帶一定距離，一般10m左右則可，該鉆孔就是導(dǎo)高觀測(cè)鉆孔。使用導(dǎo)高觀測(cè)儀，由孔口起自下而上逐段（每段1m）測(cè)試每段巖層的導(dǎo)水性能，一直測(cè)試到孔底。實(shí)測(cè)到的透水巖層的最大高度就是采場覆巖的導(dǎo)水裂隙帶高度。井下導(dǎo)高觀測(cè)儀結(jié)構(gòu)與觀測(cè)原理如圖1所示，主要由三部分組成：探頭、連接管路、控制臺(tái)。本次觀測(cè)共設(shè)置一個(gè)觀測(cè)剖面，兩個(gè)鉆孔，鉆孔參數(shù)如表1所示。

圖1井下導(dǎo)高觀測(cè)儀結(jié)構(gòu)與觀測(cè)原理示意圖

表1 T2192綜放面導(dǎo)高觀測(cè)鉆孔參數(shù)表

2.T2192綜放面采場覆巖導(dǎo)高觀測(cè)成果分析

1號(hào)鉆孔。1號(hào)鉆孔的導(dǎo)高觀測(cè)的觀測(cè)范圍是孔深90～125m，沒能觀測(cè)到導(dǎo)高上限，原因是150型的鉆機(jī)能力不夠。根據(jù)1號(hào)鉆孔的導(dǎo)高觀測(cè)成果，觀測(cè)段內(nèi)巖層全部處于導(dǎo)水裂隙帶之內(nèi)，只能得出如下相對(duì)性的結(jié)論（第5煤層距第9煤層間距為37m）：

即導(dǎo)高：H1＞37+125×sin40°=37+80.3= 117.3m

2號(hào)鉆孔。2號(hào)鉆孔換成了300型鉆機(jī)施工，導(dǎo)高觀測(cè)的觀測(cè)范圍是孔深92～172.5m，依然沒能觀測(cè)到導(dǎo)高上限，分析原因?yàn)閹r層堅(jiān)硬，煤層采厚較大（10.14m），覆巖導(dǎo)高發(fā)育較高。根據(jù)2號(hào)鉆孔的導(dǎo)高觀測(cè)成果，觀測(cè)段內(nèi)巖層全部處于導(dǎo)水裂隙帶之內(nèi)，可得出如下相對(duì)性的結(jié)論：

即導(dǎo)高：H2＞37+172.5×sin36°=37+ 101.4=138.4m

綜合分析。綜合T2192面兩個(gè)井下鉆孔的實(shí)測(cè)資料，可得出結(jié)論：導(dǎo)高H＞138. 4m，導(dǎo)高采厚比為：H/M＞138.4/ 10.14=13.6。

三、鐵二采區(qū)導(dǎo)高觀測(cè)綜合成果

由T2192和T2291工作面實(shí)測(cè)資料得出結(jié)論：鐵二采區(qū)綜放開采，上覆巖導(dǎo)水裂隙帶高度（取最大值）導(dǎo)高H（161m）是采厚M的16.1倍。

四、結(jié)語

鐵二采區(qū)綜放開采（其上方）進(jìn)行覆巖離層注漿工藝，已取得地表減少下沉量5077.5mm，注漿減沉率為51.5%的效果。由于正確選擇了覆巖導(dǎo)水裂隙帶高度，在離層帶內(nèi)累計(jì)注漿713.3萬m2，所含水量541.1萬m2，工作面沒有出現(xiàn)涌水現(xiàn)象，安全開采原煤1163.37萬t，取得綜合經(jīng)濟(jì)效益51億元。

（作者單位：開灤唐山礦業(yè)分公司）

（責(zé)任編輯：龐永厚）