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)水裂隙帶的觀測和研究,對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)行了觀測方案設(shè)計(jì)和實(shí)地觀測,取得了較好的觀測效果。
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。
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
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)。
將鉆場布置在井下圍巖較為穩(wěn)定的硐室或巷道中,從該鉆場打斜仰鉆孔至上層圍巖的導(dǎo)水裂隙帶,并使用專用的觀測儀器來觀測和測量該導(dǎo)水裂隙帶的高度。與之前常用的裂隙帶觀測方法相比,該方法具有觀測速度快、觀測精度高、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)水裂縫帶高度觀測示意圖
井下導(dǎo)水裂隙帶高度觀測系統(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。
結(jié)合工作面實(shí)際情況,同時(shí)為達(dá)到方便觀測的要求,將觀測位置布置在工作面運(yùn)輸順槽中。導(dǎo)水裂隙帶高度觀測實(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,觀測時(shí)間合適。
圖3 導(dǎo)水裂隙帶高度觀測儀測試圖
該斷面內(nèi)預(yù)計(jì)施工2~3個(gè)觀測鉆孔,包括2個(gè)觀測孔和1個(gè)對比孔。其中導(dǎo)水裂隙帶高度觀測孔向9105工作面方向施工,鉆孔方位與工作面垂直;對比孔施工方向?yàn)槊后w,方位與工作面成90°。觀測鉆孔平面布置圖如圖4所示。
圖4 觀測鉆孔布置平面示意圖
觀測孔:需布置2個(gè)觀測孔,進(jìn)行對比分析。若觀測數(shù)據(jù)對比性不強(qiáng),需要補(bǔ)充觀測鉆孔。
對比孔:施工過程中先施工2個(gè)導(dǎo)水裂隙帶高度觀測孔,如果觀測數(shù)據(jù)能夠明顯而準(zhǔn)確地確定導(dǎo)水裂隙帶高度值,則不需要再施工對比孔;如果觀測孔內(nèi)各段注水漏失量的數(shù)據(jù)對比性不強(qiáng),則在觀測斷面內(nèi)向?qū)嶓w煤未采動(dòng)區(qū)域內(nèi)再施工1個(gè)對比孔。通過對比孔與觀測孔內(nèi)的注水漏失量的對比,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)水裂隙帶高度觀測與對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)。兩帶高度觀測儀選用型號(hào)為QKX-DSQ-1500的雙端堵水器。
表1 觀測鉆孔參數(shù)表
圖5 導(dǎo)水裂隙帶高度觀測鉆孔布剖面圖
每施工完一個(gè)鉆孔就觀測一個(gè),鉆機(jī)不要移動(dòng),觀測時(shí)要使用鉆機(jī)。每個(gè)鉆孔的觀測時(shí)間為1d,并提前一天在井上做好下井觀測前的準(zhǔn)備工作。
先進(jìn)行2個(gè)觀測孔的施工與觀測,如果觀測孔內(nèi)各段注水漏失量的數(shù)據(jù)對比性不強(qiáng),則在觀測斷面內(nèi)向?qū)嶓w煤未采動(dòng)區(qū)域內(nèi)再施工1個(gè)對比孔,通過對比孔與觀測孔內(nèi)的注水漏失量的對比。
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。軌跡儀觀測過程中,鉆孔基本無掉塊現(xiàn)象。
(1)對比鉆孔
對比孔觀測鉆孔于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)行對比孔的觀測工作。
對比孔鉆孔區(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),對比孔為本次觀測提供了一定的技術(shù)資料。
(2)1#孔觀測結(jié)果分析
1#觀測鉆孔于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)高觀測工作。根據(jù)現(xiàn)場觀測數(shù)據(jù),鉆孔觀測范圍內(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#觀測孔觀測到的導(dǎo)水裂隙帶的最大發(fā)育高度應(yīng)該在27.25m左右。
(3)2#孔觀測結(jié)果分析
2#觀測鉆孔于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)高觀測工作。2#孔的觀測由下往上進(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#觀測孔觀測到的導(dǎo)水裂隙帶的最大發(fā)育高度在28.8m左右。
(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)對比孔、2個(gè)觀測孔進(jìn)行觀測方案設(shè)計(jì)。
(2)本次現(xiàn)場觀測共實(shí)測2個(gè)頂板導(dǎo)高觀測鉆孔,2個(gè)鉆孔均比較準(zhǔn)確地測試出了導(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。