李建森

摘 要：為了掌握王家?guī)X礦綜放工作面覆巖“三帶”的分布規(guī)律，通過(guò)地面觀測(cè)孔與井下觀測(cè)孔相結(jié)合的觀測(cè)方法實(shí)測(cè)了覆巖“三帶”的高度，總結(jié)了觀測(cè)數(shù)據(jù)，得出了王家?guī)X礦綜放工作面覆巖“三帶”的高度，為礦井頂板控制、瓦斯抽采等的設(shè)計(jì)提供了科學(xué)依據(jù)，保證了礦井的安全生產(chǎn)。

關(guān)鍵詞：綜放工作面；上覆巖層；礦井；煤礦

中圖分類號(hào)：TD752.2 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.06.116

1 工程概況

王家?guī)X煤礦是中煤集團(tuán)華晉公司的主力礦井，位于山西鄉(xiāng)寧縣，屬晉西黃土高原，井田內(nèi)山巒起伏、溝壑縱橫，地表形態(tài)復(fù)雜多變。為了準(zhǔn)確掌握礦井工作面覆巖移動(dòng)情況，在王家?guī)X煤礦20104工作面對(duì)應(yīng)地表（地理位置位于臨汾市鄉(xiāng)寧縣南掌村）布置了地面觀測(cè)孔，回采巷道內(nèi)布置了井下觀測(cè)孔。隨著回采的進(jìn)行，井下地面同步觀測(cè)，使用TYGD10型巖層鉆孔探測(cè)儀對(duì)觀測(cè)孔孔內(nèi)裂隙發(fā)育、煤巖體破碎等情況進(jìn)行了觀測(cè)。通過(guò)數(shù)據(jù)分析得出了綜放工作面上覆巖層的移動(dòng)規(guī)律和上覆巖層“三帶”的高度。

2 觀測(cè)孔布置方案

2.1 地面觀測(cè)鉆孔布置

根據(jù)地面情況，覆巖觀測(cè)鉆孔位置的選擇不僅要考慮所選位置能否對(duì)覆巖移動(dòng)進(jìn)行有效觀測(cè)，還要考慮到所選擇的位置是否能允許鉆機(jī)進(jìn)行地面施工。結(jié)合王家?guī)X煤礦20104工作面地面地貌的實(shí)際情況，觀測(cè)孔位置的選擇及布置為：20104工作面地面觀測(cè)站布置在CK8-1鉆孔附近，該處位置地面地勢(shì)相對(duì)平坦，鉆機(jī)等大型工程設(shè)備能夠到達(dá)，而且根據(jù)所掌握的覆巖移動(dòng)規(guī)律，鉆孔擬布置位置能夠有效觀測(cè)到覆巖的移動(dòng)變形情況。每個(gè)觀測(cè)站設(shè)置有2個(gè)鉆孔，分別為采前孔和采后孔，兩孔相距5～10 m。

20104工作面采前孔布置在距2號(hào)煤層中央輔助運(yùn)輸大巷230 m，距20104工作面回風(fēng)巷85 m處；采后孔布置在距2號(hào)煤層中央輔助運(yùn)輸大巷230 m，距20104工作面回風(fēng)巷95 m處。鉆孔孔徑Φ不小于110 mm，20104工作面采前孔孔深約250 m，20104工作面采后孔孔深約為180 m；井下觀測(cè)孔與之對(duì)應(yīng)，布置詳情如圖1和圖2所示。

2.2 井下觀測(cè)鉆孔布置

井下觀測(cè)站布置在工作面回風(fēng)順槽內(nèi)，如圖1所示，20104工作面井下測(cè)站1距2#煤層輔助運(yùn)輸大巷230 m；測(cè)站內(nèi)布置了2個(gè)鉆孔，在順槽內(nèi)工作面煤壁側(cè)3 m的高度處方位角為75°，傾角為18°，向上方打“鉆孔1”，“鉆孔2”在“鉆孔1”的垂直面上，兩鉆孔夾角為12°。井下鉆孔直徑Φ不小于70 mm，兩鉆孔長(zhǎng)度分別為127.6 m、140 m，鉆孔向工作面方向偏斜，以觀測(cè)工3 鉆孔觀測(cè)結(jié)果及分析

3.1 地表鉆孔觀測(cè)結(jié)果分析

根據(jù)20104工作面采前孔的監(jiān)測(cè)結(jié)果，工作面推進(jìn)至距鉆孔100 m時(shí)，地表鉆孔附近地面產(chǎn)生的平行于工作面方向的裂縫，鉆孔基巖段孔壁并未產(chǎn)生裂隙，采空區(qū)上方表土層產(chǎn)生較大的裂縫，并伴有臺(tái)階狀下沉；當(dāng)工作面推進(jìn)至距鉆孔50 m時(shí)，鉆孔附近地表裂縫變大，數(shù)量增多，鉆孔在表土層孔壁出現(xiàn)較為明顯的變形，靠近表土層的基巖段有縱向裂隙發(fā)育，并出現(xiàn)少量環(huán)狀裂隙，孔內(nèi)水位持續(xù)地降低；當(dāng)工作面推進(jìn)至距鉆孔20 m時(shí)，孔內(nèi)縱向裂隙及環(huán)狀水平裂隙增多，上覆巖層逐漸產(chǎn)生巖層錯(cuò)動(dòng)移位和離層，孔內(nèi)水位進(jìn)一步降低；當(dāng)工作面推進(jìn)至距鉆孔10 m時(shí)，靠近表土層的基巖段產(chǎn)生較大裂隙，鉆孔內(nèi)部水位以上至表土層下方50 m的基巖段裂隙基本沒(méi)有發(fā)育，孔壁較為完整，沒(méi)有大范圍的裂隙產(chǎn)生。

根據(jù)采后孔的監(jiān)測(cè)結(jié)果，工作面過(guò)鉆孔后，頂板垮落，探測(cè)儀探頭下降至276.4 m時(shí)遇煤層頂板垮落堵塞鉆孔，確定垮落帶發(fā)育高度至少為15.6 m；鉆孔內(nèi)煤層頂板以上15.6～44.5 m巖層錯(cuò)位嚴(yán)重，并伴有離層及大量的縱向裂隙產(chǎn)生，44.5～98.5m縱向裂隙及環(huán)向裂隙較多，98.5～137.0 m裂隙發(fā)育較少，137 m至地表存在少量裂隙發(fā)育。由此可確定，2#煤層綜放面裂隙帶發(fā)育高度約為121.4 m，地面黃土層由于抗拉能力小出現(xiàn)了明顯的張開(kāi)裂縫，所測(cè)得的臺(tái)階相對(duì)下沉高度最大為1.2 m，且在沖溝坡體黃土層出現(xiàn)明顯的臺(tái)階下沉、反坡倒轉(zhuǎn)等現(xiàn)象。

3.2 井下觀測(cè)孔結(jié)果及分析

根據(jù)采集到的觀測(cè)孔內(nèi)裂隙發(fā)育情況和工作面距觀測(cè)孔孔口的水平距離等相關(guān)數(shù)據(jù)，繪制了“兩帶”發(fā)育高度和工作面距觀測(cè)孔的水平距離變化曲線，如圖3所示。

工作面推進(jìn)至距觀測(cè)孔孔口約30 m時(shí)，觀測(cè)孔開(kāi)始受到工作面采動(dòng)壓力的影響，觀測(cè)孔內(nèi)出現(xiàn)沿鉆孔軸向和徑向的裂隙，同時(shí)，孔內(nèi)局部煤壁破碎，產(chǎn)生少量小塊的碎煤。隨著工作面的推進(jìn)，觀測(cè)孔內(nèi)裂隙的尺寸增大、數(shù)量增多，沿鉆孔軸向裂隙最大長(zhǎng)度超過(guò)1 m，煤壁破損和變形不斷加重，孔內(nèi)碎煤的塊度增大，煤壁破損散落的碎塊不斷聚集，最終導(dǎo)致觀測(cè)孔堵塞。受工作面采動(dòng)的影響，上覆巖層中的裂隙不斷向上發(fā)育。

綜合兩個(gè)鉆孔的監(jiān)測(cè)結(jié)果可以看出，隨著工作面的推進(jìn)，垮落帶及裂隙帶高度不斷增高。工作面推進(jìn)至距觀測(cè)孔孔口約30 m時(shí)，觀測(cè)孔開(kāi)始受到工作面采動(dòng)壓力的影響，觀測(cè)孔內(nèi)開(kāi)始出現(xiàn)裂隙；當(dāng)工作面推進(jìn)至距鉆孔15 m處時(shí)，垮落帶的高度增大為15 m，裂隙帶的發(fā)育高度達(dá)到23 m左右；推進(jìn)至距鉆孔11 m時(shí)，垮落帶的高度已基本穩(wěn)定在18 m左右，裂隙帶的高度接近30 m，并仍處于不斷向上發(fā)育的狀態(tài)。由以上分析可知，垮落帶高度在18～20 m之間，裂隙帶發(fā)育高度位于30 m以上。

3.3 綜合分析

綜合地面與井下鉆孔觀測(cè)情況分析，王家?guī)X礦綜放工作面上覆巖層垮落帶高度為18～20 m，裂隙帶發(fā)育段位于40 m左右，裂隙帶高度約為120 m，從120 m到地面為彎曲下沉帶。

4 結(jié)論

對(duì)于王家?guī)X礦綜合采用地面和井下同步施工觀測(cè)鉆孔的方法，通過(guò)采用TYGD10型巖層鉆孔探測(cè)儀觀測(cè)孔內(nèi)水位、裂隙等變化情況，結(jié)合工作面推進(jìn)距離及采動(dòng)影響情況，可以科學(xué)、合理地測(cè)出王家?guī)X礦綜放工作面上覆巖層三帶分布規(guī)律?；谟^測(cè)地面鉆孔和井下鉆孔的變化情況，綜合分析得出王家?guī)X礦綜放工作面上覆巖層垮落帶高度為18～20 m，裂隙帶高度約為120 m，從120 m到地面為彎曲下沉帶。通過(guò)實(shí)測(cè)出的綜放工作面上覆巖層“三帶”分布規(guī)律，為今后礦井頂板設(shè)計(jì)與瓦斯抽采設(shè)計(jì)提供了可靠的參考依據(jù)。

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