呂立斌

（陽泉煤業(yè)（集團）有限責任公司 一礦，山西 陽泉 045008）

高抽巷是陽泉礦區(qū)常用的鄰近層卸壓瓦斯抽采方式。目前高抽巷的設(shè)計和支護主要依靠現(xiàn)場經(jīng)驗，對高抽巷的最佳布設(shè)位置缺乏深入研究，制約了高抽巷的使用效果。高抽巷優(yōu)化布置的關(guān)鍵是確定覆巖變形破壞范圍。目前覆巖探測方法種類很多，如經(jīng)驗公式法，數(shù)值模擬，材料模擬，鉆探和常規(guī)物探等，但都存在一定局限性。為了獲得覆巖變形破壞精細探測數(shù)據(jù)，確定試驗區(qū)覆巖變形破壞范圍和高抽巷優(yōu)化布置方案，開展了本項目研究。

本項目以陽煤一礦81401工作面為試驗地點，通過仰孔分段注水法鉆探，確定陽煤一礦81401工作面覆巖變形破壞范圍，提出高抽巷優(yōu)化布置方案。

1 技術(shù)方法

井下仰孔分段注水觀測法在井下采煤工作面周圍選擇合適的觀測場所，例如在相鄰工作面的平巷或所測工作面的停采線或開切眼以外的巷道中開掘鉆場，向采空區(qū)上方打仰斜鉆孔，鉆孔應(yīng)避開冒落帶斜穿裂隙帶，達到預(yù)計的裂隙帶頂界以上一定的高度，使用“鉆孔雙端封堵測漏裝置”沿鉆孔進行分段封堵注水，測定鉆孔各段水的漏水流量，以此了解巖石的破裂松動等相關(guān)情況，確定裂隙帶的上界高度。

2 鉆孔布置方案

選擇在停采線附近，其次要考慮鉆孔開工處沒有大的地質(zhì)構(gòu)造圍巖要有完整性，以便于巷道峒室的維護和在觀測過程中孔口的完整，還應(yīng)考慮水源、通風行人的方便。綜合考慮上述因素，決定將觀測剖面設(shè)在81401工作面停采線附近的進風巷內(nèi)，停采線外距離停采線10 m處施工2個探測鉆孔，其中1#探測鉆孔為采后觀測鉆孔，2#探測鉆孔為采前觀測鉆孔。2個探測鉆孔的方位、傾角、孔徑、長度參數(shù)見鉆孔參數(shù)如表1所示，鉆孔布置見圖1。

圖1 鉆孔布置

1#探測鉆孔與81401進風巷中線成30°角，見圖1（a）；高度控制在98 m左右，水平上終孔位置在工作面以里54 m。

2#探測鉆孔與81401進風巷中線成25°角，見圖1（b）；高度控制在85 m左右，水平上終孔位置在工作面以外38 m。

本次裂隙帶探測工程共設(shè)計2個鉆孔，即1#探測鉆孔和2#探測鉆孔。其中表1中的孔深均為從煤層頂板處開始算起。

表1 設(shè)計鉆孔參數(shù)一覽表

觀測地點除能放置一臺鉆機及其鉆桿等配套器材外，還需容納4～6人進行鉆機作業(yè)與觀測，場地面積應(yīng)不小于8 m2，高度控制在2.5 m上下，不宜過高。作業(yè)場所內(nèi)應(yīng)配備不小于1 MPa的高壓水源管路及相應(yīng)的閥門和接頭。

3 探測過程

2017年3月10日，華北科技學院技術(shù)人員3人，帶著探測儀器入駐現(xiàn)場。通過與陽煤一礦通風工區(qū)王工、劉隊長等相關(guān)技術(shù)人員討論，明確了項目現(xiàn)場實施地點、鉆孔施工參數(shù)及測試所需的靜壓水管、注水泵連接等事宜，并在地面焊接了轉(zhuǎn)換接頭4個。在礦領(lǐng)導及相關(guān)技術(shù)人員的大力支持下，至3月16日，順利完成了2個探測孔的現(xiàn)場探測工作，累計分段注水測點102個。

3月11日鉆機到位，開始施工1#探測鉆孔（采后鉆孔），孔徑94mm，3月13日早班下井開始測試，由于鉆桿加上捆綁的鋼編管直徑約90mm，導致探測裝置在孔內(nèi)輸送不順暢，與礦上技術(shù)人員討論，改用113mm鉆孔進行擴孔，之后再進行探測。

3月14日1#鉆孔擴孔完成，下午下井進行探測。井下系統(tǒng)性檢查探測裝置密封性后，開始送入鉆孔進行探測，從鉆孔3.5 m深度（送入鉆孔2根鉆桿，單根鉆桿長1.5 m，單根膠囊長度約0.5 m）開始測試。

1）首先打開井下靜壓水管閥門，調(diào)節(jié)起脹平臺上進水閥門，控制注水壓力為0.5 MPa，探測裝置的上、下膠囊膨脹實現(xiàn)封孔，鉆孔內(nèi)形成一段封閉測試空間。

2）2）打開注水泵，壓力水通過鉆桿內(nèi)部空間進入鉆孔內(nèi)部封閉測試段（鉆桿連接處用麻繩纏繞保持密封性），調(diào)節(jié)注水平臺進水閥門控制注水壓力為0.1 MPa，觀測并記錄每分鐘的注水量。

3）關(guān)閉注水平臺進水閥門，打開氣脹平臺進水閥門使上、下膠囊泄壓收縮，觀測并記錄注水平臺上壓力表數(shù)值，此為探測裝置所處高度處的管路靜水壓力，簡稱“高程靜壓”。

4）孔外添加1根1.5 m鉆桿，將探測裝置繼續(xù)推進鉆孔1.5 m，按照上述步驟進行測試，注水壓力為前個測試段的高程靜壓加上0.1 MPa，觀測并記錄每分鐘的注水流量。

5）按照上述程序，逐段推進（每次推進1.5 m），逐段上行測試每分鐘的注水流量。鉆孔內(nèi)測試段裂隙發(fā)育區(qū)域注水量較大，根據(jù)注水量大小可分析判斷出覆巖裂隙帶的發(fā)育情況。

3月15日晚班施工完成2#探測鉆孔，鉆孔長度90 m，按照上述測試方法完成了鉆孔的上行逐段探測工作。

4 探測結(jié)果

圖2為1#和2#探測孔的注水流量曲線圖。由圖可見，1#探測孔（采后鉆孔）在15#煤上方3～20 m之間，由于鉆孔未進入采動影響范圍，注水流量較小，普遍低于6 L/min；在20～71 m之間，此時已進入采空區(qū)上方裂隙帶內(nèi)，注水流量較大，大部分高于10 L/min，最大流量達18 L/min，此段裂隙發(fā)育，處于采動影響裂隙帶內(nèi)。從73.8 m開始，注水流量顯著減小，之后6個測試點的注水流量均為2 L/min，其中1個點測值為0，鉆孔開始進入彎曲下沉帶（壓實）范圍。2#探測鉆孔為對比分析鉆孔，未受到采動影響，整個測試過程注水流量均較小，最大流量值為8 L/min，大部分均小于6 L/min，其中3個點測值為0。

圖2 探測結(jié)果

綜上分析，將測試段注水流量大于10 L/min作為裂隙帶高度判據(jù)。根據(jù)現(xiàn)場探測成果，陽煤一礦81401工作面鉆探位置裂隙帶高度為71～73.8 m，最大發(fā)育高度73.8 m。

5 結(jié)語

通過在一礦81401工作面停采線附近的進風巷內(nèi)，停采線外距離停采線10 m處施工2個探測鉆孔，采用井下仰孔分段注水觀測法對覆巖變形破壞進行鉆探探測。根據(jù)現(xiàn)場探測成果，陽煤一礦81401工作面鉆探位置裂隙帶最大發(fā)育高度73.8 m。鉆探位置裂隙帶發(fā)育高度位于55～98 m的主關(guān)鍵層和亞關(guān)鍵詞之間，說明鉆探位置停采40天后亞關(guān)鍵層已破斷，但裂隙尚未發(fā)育至主關(guān)鍵層。

研究建立的覆巖變形破壞精細探測技術(shù)及提出高抽巷優(yōu)化布置方案，有利于一礦及相似地質(zhì)條件礦井合理布置高抽巷層位。同時，由于該項目技術(shù)含量高、經(jīng)濟及社會效益顯著，不僅能夠有效指導礦井工作面高抽巷布置，提高瓦斯抽采效果，而且對水害防治和水資源保護提供了開采上限的依據(jù)。為礦井安全高效生產(chǎn)提供技術(shù)支撐。

〔1〕范志勝，等.應(yīng)用井下仰孔分段注水觀測導水斷裂帶高度[J].礦業(yè)安全與環(huán)保，2010，37（6）.

〔2〕張 朋.仰孔分段注水技術(shù)在黃陵二號煤礦采空區(qū)頂板裂隙帶探測中的應(yīng)用[J].科學與財富，2016，8（4）.