文/任立武 武文清

一、概述

冀中能源峰峰集團邯鄲寶峰礦業(yè)有限公司九龍礦15445N工作面位于九龍礦北五采區(qū)，利用北五采區(qū)三條下山構成生產系統(tǒng)。

井下位置：南為北五采區(qū)皮帶下山；北為北二皮帶下山；東為F35斷層以及待掘的15447N工作面；西為北二下部進風巷，工作面標高在-710m～-770m。15445N工作面南北走向長480～496m，傾斜寬度126m，開采面積66236m2。工作面為單斜構造，煤層傾向為 N6°E，傾角 12°～15°，15445N 工作面開采 4# 煤。

地質構造情況：15445N工作面地質較簡單，4號煤賦存穩(wěn)定，煤厚一般為1.3～2.2m，煤層為單一煤層，平均煤厚1.6m。煤層直接頂板為野青灰?guī)r，厚0.7～2.2m，平均2.0m，4號煤底板為砂質泥巖，厚1.1m，深灰色，厚層狀，含植物化石。

水文情況：15445N工作面水文地質條件復雜，其充水水源主要為頂板野青灰?guī)r水和底板各薄層灰?guī)r含水層水，充水通道為煤層頂、底板導水裂隙帶。底板主要強含水層（奧灰含水層水）在無垂向補給通道、陷落柱等破壞情況下，對上部4號煤開采無影響。因此，工作面底板是否存在隱伏導含水構造，尤其是隱伏導含水陷落柱和導含水斷層，是15445N工作面開采的主要危險因素。

二、注水試驗鉆孔參數與施工工藝

1.注水試驗孔布置

為節(jié)省施工成本和施工時間，考慮利用15445N工作面現有鉆窩。每個鉆窩布置一組鉆孔，每組布置4個試驗孔，鉆孔均勻排列，其位置距離煤壁1m，總體控制深度18～35m。此外，為便于得到連續(xù)的觀測數據，且防止在開采過程中對注水管等設備造成損壞，需要在運輸巷道（下巷）外側引出40m注水管，并安裝觀測設備。鉆孔接頭處需要用枕木保護，注水管道應固定在巷道外側，如圖1所示。

圖1 總體布置示意圖

鉆孔布置在點138附近的鉆窩，距離開切眼300m左右，方位角為 285°，控制深度為 18～33m。鉆孔施工主要參數如表1所示，鉆孔平面布置如圖2所示。

表1 底板注水鉆孔施工主要參數

圖2 鉆孔平面布置示意圖

2.注水試驗鉆孔結構與施工技術要求

（1）開孔用φ127mm鉆頭鉆進至距設計深度（設計鉆孔傾斜長度）1m（依據實際情況確定）時，停止鉆進，測量實際長度和鉆孔傾角。

（2）下φ108mm套管至鉆進深度，后孔底加壓注漿直至孔口管外壁冒漿為止。

（3）待漿液充分凝固后，再用φ75mm鉆頭鉆至設計深度，裸孔長度1m。

（4）將 φ75mm鋼管變徑后通過法蘭盤與φ50mm高壓注水管連接，孔口需嚴密封閉。

（5）鉆孔施工過程中準確記錄實際鉆孔長度和傾角。

3.煤層底板破壞深度探測結果分析

為了監(jiān)測回采前底板原生裂隙的發(fā)育情況以及頂板可能對底板破壞深度的影響，觀測時間從回采開始前開始，直至回采結束。依據現場情況，采用連續(xù)注水和間斷觀測。

現場監(jiān)測要求：監(jiān)測設備安裝完成后，每兩天觀測一次；在工作面開始推進以后，每天觀測1～2次，直至不能觀測為止。由于工作面停電造成15445下順槽被淹，造成第一組水表損壞，無法正常觀測。到工作面開采結束，僅獲取第二組4個孔的監(jiān)測數據。監(jiān)測期間各試驗孔水壓在0.1～1.4MPa之間變化。第二組4個鉆孔控制的煤層底板巖層最大垂直深度分別為34m、26.38m、22.5m、18.35m。

（1）5#鉆孔監(jiān)測結果分析（垂直深度34m）。在工作面推過鉆孔10m左右后，因煤層底板底鼓使注水孔受到破壞，無法進行正常觀測。因此，監(jiān)測數據為采線距鉆孔70m至工作面推過鉆孔9.8m的區(qū)間，監(jiān)測結果如圖3所示。圖中工作面采線與鉆孔的距離以鉆孔為0點，接近鉆孔的距離標注為“+”號，遠離鉆孔的距離為“-”號，其余鉆孔均采取相同的標注方法。

圖3 5#孔單位注水量與工作面推進距離關系圖

注水試驗前期 （采線距鉆孔76.93～31.3m）：鉆孔單位注水量與工作面推進無關，單位注水量為0，總體無變化。

注水試驗中、后期（采線距鉆孔31.3～-9.8m）：在工作面推進到距離鉆孔31.3m時，單位注水量開始有小幅增加，在距離采線22.3m達到最大注水量（0.038L/min）。以后隨著工作面推進，單位注水量呈逐漸下降趨勢。

上述變化特征表明，5#鉆孔34m深度范圍內原生裂隙不發(fā)育且連通性較差。在工作面采線與鉆孔距離大于31.3m時，工作面開采對該深度范圍內的巖體基本無影響；在工作面采線與鉆孔距離小于31.3m后，工作面開采對該深度范圍內的巖體有輕微破壞。

（2）6#鉆孔結果分析（垂直深度26.38m）。在注水試驗過程中，隨著工作面的推進，單位注水量前期的變化不大，后期逐漸上升。在注水試驗的前期階段，當鉆孔距離工作面的位置較遠時，單位注水量基本為0。當工作面推進至距鉆孔39.2m時，鉆孔的單位注水量增大到0.035L/min，以后隨著工作面向鉆孔的推進，單位注水量呈現跳躍上升趨勢。當工作面推過鉆孔7.5m后，單位注水量達到最大的0.12L/min，如圖4所示。

圖4 6#孔單位注水量與工作面推進距離關系圖

上述變化特征表明，此深度范圍內原生裂隙不發(fā)育且連通性較差，但在煤層開采后，煤層底板應力會重新分布，并且煤層底板經歷了壓縮和膨脹的交替變化過程，使底板產生次生裂隙或發(fā)生裂隙擴展，從而引起注水量的變化。隨著工作面與注水孔的距離不斷減少，煤層采動對底板的影響明顯增大，隨著工作面推進與鉆孔的距離減少，單位注水量呈跳躍式增長，說明此深度范圍內的煤層底板遭到了破壞。

（3）7#鉆孔結果分析（垂直深度22.5m）。在注水試驗過程中，隨著工作面的推進，單位注水量總體上呈現由前期的基本不變到后期的突然上升的變化趨勢。在注水試驗的前期階段，當注水鉆孔距離采線的位置較遠時，單位注水量變化比較小，基本為0。當采線推進至距鉆孔12m時，鉆孔的單位注水量突然增大到0.23L/min，以后隨著采線面向鉆孔的推進，單位注水量呈現明顯的上升趨勢，當采線推進至距鉆孔9m時最大單位注水量達到0.28L/min，此后單位注水量穩(wěn)步下降，如圖5所示。

圖5 7#孔單位注水量與工作面推進距離關系圖

上述變化特征表明，前期注水量變化不大說明在此深度范圍內原生裂隙發(fā)育較差且連通性較差。隨著工作面與注水孔的距離不斷減少，煤層采動對底板的影響明顯增大，使得底板產生新裂隙或原生裂隙連通，單位注水量增加。采線推至鉆孔附近，注水量的穩(wěn)步下降說明新的應力場趨于穩(wěn)定。表明此深度范圍內，底板受到采動影響明顯，煤層底板發(fā)生破壞。

（4）8#鉆孔結果分析（垂直深度18.35m）。采線推進距8#鉆孔59.33m時，因8#鉆孔孔內出水，水壓大于注水壓力，造成無法向孔內注水，致孔口跑水，無法觀測8#鉆孔。

在注水試驗過程中，隨著工作面的推進，前期單位注水量變化不大，后期注水量突然上升。在注水試驗的前期階段，當鉆孔距離采線的位置較遠時，單位注水量變化比較小，基本為0。當采線推進至距鉆孔67.13m時，鉆孔的單位注水量開始增大，當采線鉆孔到59.33m時，最大單位注水量達到11L/min，如圖6所示。

圖6 8#孔單位注水量與工作面推進距離關系圖

前期注水量變化不大說明在此深度范圍內原生裂隙發(fā)育較差且連通性較差。但在工作面推進過程中，煤層底板應力重新分布，使底板擴展原生裂隙或產生次生裂隙，從而引起注水量的變化，導致后期注水量的迅速上升。說明此深度范圍的底板明顯受到采動影響，煤層底板發(fā)生破壞。

三、結論

現場探測研究能夠直觀地反映不同深度的煤層底板的變形和破壞情況。綜合以上對監(jiān)測數據的分析，得出如下結論：

1.開采對監(jiān)測點開始產生影響的距離為66m左右，監(jiān)測點越淺影響距離越遠；最大破壞位置位于工作面前方5m處，采動影響范圍為工作面前后20～55m范圍內。

2.現狀條件下，15445N工作面監(jiān)測點實測最大底板破壞深度為34m，計算機數值模擬底板破壞深度在34.25m左右。