厚煤层综放开采覆岩破坏高度实测研究

 厚煤层综放开采覆岩破坏高度实测研究

王云龙

黑龙江龙煤鹤岗矿业有限责任公司，黑龙江，鹤岗，154100

    摘 要：导水裂隙带的发育高度是确定防水煤岩柱尺寸、开采上限的一个重要指标，对水体下安全开采、预防矿井水害具有重要的作用，传统经验公式仅适用于分层开采，利用井下导水裂隙带高度的现场探测方法不仅可以验证公式计算的正确性，同时其所得数据也更为可靠。

关键字：水害；煤层特征；双端胶囊堵水器；导高观测；应用分析

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引言

鹤岗矿区煤层为厚煤层累煤层发育。目前缺少相关权威的裂隙带发育高度理论依据，对矿区安全生产影响较大，为此利用地面钻孔和钻孔成像技术及井下钻孔和注水试验技术对矿区裂隙带发育进行探测，为鹤岗矿区厚煤层裂隙带发育积累自己的经验值，这对鹤岗矿区乃至全国“厚煤层一次采全高”填补空白。

1 项目概况

龙煤鹤岗矿业有限责任公司峻德煤矿位于黑龙江省鹤岗市区南端，工作面位于二水平南三采区，北至F40断层下盘，南到F24下盘，东起-250煤层底板等高线，西止F7、F9断层下盘，该面开采深度-143至-250（地面标高+235）。于2014年5月开始回采。回风道长876m，机道长912 m，倾斜平均长168 m。工作面主采30层煤，赋存稳定，以亮煤为主，少量暗煤，结构简单，层理发育。倾角平均34°，煤厚3.5m，储量65.9万t。

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2 导水裂隙带高度基于经验公式计算的预计

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煤层开采后，采场覆岩破坏是一个由下至上的逐步发展过程，在不同高度的岩层其破坏程度不同。根据覆岩破坏状况，一般将采场覆岩由下至上划分为垮落带、裂隙带和弯曲带，目前我国煤矿现场技术人员广泛使用的导水裂隙带高度计算公式，是依据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》中给出的经验公式，通过将覆岩岩性分类为“坚硬”“中硬”“软弱”“极软弱”类型分别采用不同的经验公式来计算覆岩导水裂隙带高度。采用对应公式，取采厚为M=3.75m（现场观测断面处的煤层实际采厚），覆岩岩性按中硬地层考虑，计算结果垮落带高度为8.03~12.43m；导水裂隙带高度为33.46~44.66m。

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3 井下仰斜钻孔导高观测

（1）导高观测方式

在工作面周边，向采空区上方的覆岩导水裂隙带内打仰斜钻孔，采用双端堵水器观测导高。与传统的地面打钻孔，采用钻孔冲洗液消耗量观测法相比，该方法工程量小，成本低，精度高，简单易行，整个观测仪器由三部分组成：双端堵水器、连接管路、控制台。

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（2）钻孔布置方案

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根据二水平南三采区30层的地质资料、巷道条件和观测时间要求，工作面导水裂隙带高度观测钻孔的观测位置宜设在工作面的上下顺槽附近，与工作面采空区之间留设有合理宽度的隔离煤柱。在上下顺槽附近布置观测钻场向工作面采空区方向施工导高观测钻孔。根据工程地质条件分析以及现场施工选点，确定在距工作面风道垂距20m、水平距离50m处的一条巷道内设置观测钻场，在钻场内布置钻机进行施工。根据现场工程地质条件分析，观测断面位置处工作面平均长度150m，煤层倾角约为40°，平均采高3.75m，以上述参数作为导高观测钻孔参数的设计依据。施工观测钻孔时，由观测位置向工作面采空区方向施工导高观测钻孔3个。

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工作面覆岩导水裂隙带高度的观测需要在钻场处施工3个观测钻孔，各钻孔的要素孔1坐标方位角-10°，倾角35°，长度120m；孔2坐标方位角0°，倾角41°，长度120m；孔3坐标方位角10°，倾角41°，长度100m；剖面如图1。

图1 钻场测点导高观测钻孔布置剖面图

4 工作面覆岩导水裂隙带高度观测成果

本次现场观测共实测3个顶板导高观测钻孔，3个钻孔均比较准确地测试出了峻德煤矿二水平南三采区30层工作面导水裂隙带发育高度的上限值，观测成果相互印证，可以得到较为可靠的导水裂隙带发育高度结果。

对比三个钻孔的观测结果较为接近，同时观测结果差值也从侧面验证了工作面上覆导水裂隙带的“马鞍形”空间形态。1#~3#孔由于设计倾角和方位角的差别，使得钻孔分别从“马鞍形”裂隙带上部的平缓区和峰值区穿过，3#孔的观测结果最大，证明其恰好穿过了裂隙带发育的最大高度区域。上述观测结果也说明了三个钻孔观测结果的准确性。在工程现场参数取值中，为了保证较高的安全系数，往往取最大值作为最终结果。因此，根据现场实测数据，最终确定峻德煤矿二水平南三采区30层工作面导水裂隙带发育高度现场实测结果为43.5m。

5 结论

（1）井下仰斜钻孔双端堵水器导高观测技术，钻孔工程量小，观测精度高，手段先进，是水体下采煤时导高观测的有效方法。

（2）峻德煤矿二水平南三采区30层工作面平均采高3.75m，采场覆岩为中硬强度偏硬地层，导水裂隙带高度观测钻孔共施工3个，综合观测成果与地层钻孔柱状图分析得出：工作面采场覆岩导水裂隙带高度为：H=46.13m。导高与采厚比为：H/M=46.13/3.75=12.3倍。

综合上述分析，以裂采比12.3作指导以后工作面的导高预测分析是较为合适的，在以后该区域生产可使用该系数计算导水裂隙带高度。

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参考文献

[1]毛志勇,赖文哲,黄春娟.基于APSO-LSSVM模型的导水裂隙带高度预测[J].辽宁工程技术大学学报(自然科学版).2020(01)

[2]郑纲.厚煤层放顶煤开采工作面底板破坏深度研究[J].中国煤炭地质.2019(10)

[3]赵春虎.孤岛工作面底板破坏深度微震测试与模拟分析[J].煤田地质与勘探.2019(04)

[4]郑建平.复杂厚煤层回采工作面采煤方法研究[J].煤矿开采.2018(03)

作者简介：王云龙（1988-），男，民族汉，工程师，现工作于黑龙江龙煤鹤岗矿业有限责任公司地质测量，主要从事矿井地质、测量等工作。

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