張 斌

（山西煤炭運(yùn)銷集團(tuán)蓋州煤業(yè)有限公司，山西 高平 048400）

蓋州煤業(yè)為資源整合礦井， 批準(zhǔn)開(kāi)采3#～15#煤層，現(xiàn)開(kāi)采9#煤層。3#煤已基本采空，15#煤西部、南部原屬青龍山煤礦，采用房柱式開(kāi)采法，為開(kāi)采9#煤層留下了不少安全隱患和技術(shù)難題。 為進(jìn)一步了解15#煤采后冒落帶、裂隙帶發(fā)育情況，對(duì)9#煤層蹬空開(kāi)采底板穩(wěn)定性進(jìn)行分析。 通過(guò)鉆孔滲漏法，探查15#煤采后冒落帶、裂隙帶高度，從而為后續(xù)9#煤層安全開(kāi)采提供依據(jù)。

1 工程概況

9103 工作面開(kāi)采9#煤層， 是一采區(qū)南翼第二個(gè)工作面，順槽長(zhǎng)度為1 820 m、斜長(zhǎng)180 m，下部15#煤層被原青龍山煤礦開(kāi)采，故在9103 工作面回風(fēng)側(cè)20 m×650 m 范圍內(nèi)存在15#煤層蹬空區(qū)，具體采面位置關(guān)系見(jiàn)圖1?，F(xiàn)9103 回風(fēng)順槽已掘進(jìn)完成，尚未發(fā)現(xiàn)受15#煤層采空影響所產(chǎn)生的錯(cuò)層、頂板破碎等問(wèn)題。 9#煤距15#煤層平均層間距35 m，9#、15#煤層頂?shù)装鍘r性見(jiàn)圖2。

圖1 9103 工作面與原青龍山煤礦15#煤層采空區(qū)位置關(guān)系

圖2 9#、15#煤層頂?shù)装鍘r性

9103 采區(qū)內(nèi)布置的GS-1 水文孔單位涌水量為1.944 L/s·m，富水性強(qiáng)，區(qū)域9#煤層底板標(biāo)高高于奧灰水水位標(biāo)高，不存在底板突水問(wèn)題。 上部3#煤層采空區(qū)可能會(huì)存在局部積水， 會(huì)對(duì)9103 工作面生產(chǎn)造成一定的影響。 結(jié)合9103 工作面掘進(jìn)資料，該區(qū)域掘進(jìn)期間正常涌水量為1 m3/h，主要表現(xiàn)為頂板裂隙水，尚未發(fā)現(xiàn)底板出水情況。

2 井下鉆孔注水滲漏探測(cè)技術(shù)

井下鉆孔注水滲漏法是近幾年發(fā)展起來(lái)的實(shí)用探測(cè)技術(shù)，該方法的實(shí)質(zhì)是在井下工作面的外圍巷道或硐室中向工作面斜打小口徑鉆孔，鉆孔穿過(guò)預(yù)計(jì)的導(dǎo)水裂隙帶范圍并超過(guò)預(yù)計(jì)頂界一定高度，采用鉆孔堵水器對(duì)鉆孔進(jìn)行逐段注水，測(cè)定各孔段滲流量變化情況，以探測(cè)確定圍巖破壞規(guī)律[1-3]。

為探查15#煤層采空區(qū)冒落帶、裂隙帶高度，采用俯孔作業(yè)方式進(jìn)行施工。 利用靜壓水，向鉆孔注水， 使用自然滲漏法通過(guò)觀測(cè)鉆孔沖洗液反出情況，確定冒落帶、裂隙帶發(fā)育高度。

3 探測(cè)方案及鉆孔布置

3.1 探測(cè)方案

（1）導(dǎo)水裂隙帶高度理論計(jì)算

根據(jù)《煤礦防治水細(xì)則》，選用經(jīng)驗(yàn)公式法，對(duì)15#煤層回采后導(dǎo)水裂隙帶高度計(jì)算[4-5]：

式中：Σm 為累計(jì)采厚，m。

導(dǎo)水裂隙帶高度取上述公式計(jì)算結(jié)果大值。

15#煤厚最大為3.90 m， 計(jì)算得Hil=43.23 m、Hi2=49.50 m。

取15#煤回采后導(dǎo)水裂隙帶高度為49.50 m，探測(cè)鉆孔長(zhǎng)度設(shè)計(jì)依此值進(jìn)行設(shè)計(jì)。

（2）鉆孔布置

工程布置在9103 回風(fēng)順槽，1 400 m 鉆場(chǎng) 處施工1 個(gè)觀測(cè)孔，1 500 m 鉆場(chǎng)處底板施工2 個(gè)鉆孔，1 個(gè)為數(shù)據(jù)對(duì)比孔、1 個(gè)為觀測(cè)孔， 鉆孔施工參數(shù)見(jiàn)表1。

表1 探測(cè)鉆孔施工參數(shù)

采用ZYW-1200 礦用全液壓坑道式鉆機(jī)施工，配套直徑50 mm 鉆桿，直徑75 mm 合金鉆頭。鉆孔鉆進(jìn)沖洗液無(wú)反水現(xiàn)象停止鉆進(jìn)。 鉆孔施工完畢，應(yīng)采用礦用高強(qiáng)度水泥與水玻璃按重量2:1 的比例攪拌進(jìn)行封孔，封孔長(zhǎng)度不小于15 m，并定期巡查，待水泥凝結(jié)，再對(duì)鉆孔進(jìn)行耐壓試驗(yàn)。

3.2 數(shù)據(jù)觀測(cè)結(jié)果

采用俯孔鉆探滲漏法探查15#煤采空區(qū)冒落帶、裂隙帶發(fā)育高度，重點(diǎn)觀測(cè)鉆孔返水情況。

（1）探測(cè)記錄

1 400 m 鉆場(chǎng)處1 號(hào)觀測(cè)孔實(shí)測(cè)剖面俯角為-48°，平面實(shí)測(cè)軌跡方位角為284°，終孔42.42 m可見(jiàn)15#煤空洞。

1 500 m 鉆場(chǎng)處2 號(hào)對(duì)比孔實(shí)測(cè)剖面俯角為-52°，平面實(shí)測(cè)軌跡方位角為281°，終孔41.42 m可見(jiàn)15#煤空洞；3 號(hào)觀測(cè)孔測(cè)剖面俯角為-52°，平面實(shí)測(cè)軌跡方位角為279°終孔41.39 m 可見(jiàn)15#煤空洞。 具體探測(cè)鉆孔探測(cè)記錄見(jiàn)表2。

（2）冒落帶、裂隙帶高度確定

①裂隙帶高度確定

1 400 m 鉆場(chǎng)處1 號(hào)觀測(cè)孔施工期間無(wú)異常，鉆孔施工至37.6 m 時(shí)開(kāi)始不返水， 鉆孔傾角為-48°， 經(jīng)計(jì)算， 該段位于9#煤層底板下27.94 m（37.6 m×sin48°）處，推斷15#煤層采空區(qū)裂隙帶發(fā)育高度為7.03 m（層間距減去不導(dǎo)水間距，即為35-27.94=7.03 m）。

表2 探測(cè)鉆孔探測(cè)記錄

同理，1 500 m 鉆場(chǎng)處3 號(hào)觀測(cè)孔鉆進(jìn)至31.2 m處出現(xiàn)鉆孔不反水情況，鉆孔施工傾角為52°，得到裂隙帶高度為10.41 m。 最終確定裂隙帶高度為10.41 m。

②冒落帶高度確定

1 400 m 鉆場(chǎng)處1 號(hào)觀測(cè)孔終孔42.42 m 見(jiàn)15#煤空洞， 此位置距9#煤層底板31.52 m （42.42 m×sin48°），冒落帶高度為3.48 m。

同理，1 500 m 鉆場(chǎng)3 號(hào)觀測(cè)孔鉆進(jìn)至39.2 m可見(jiàn)15#煤空洞， 此位置距9#煤層底板30.89 m（39.2 m×sin52°），由此可判定15#煤層冒落帶高度為4.11 m。 最終確定冒落帶高度為4.11 m。

綜上分析， 采用鉆孔滲漏法測(cè)定的15#煤層裂隙帶、冒落帶高度分別為10.41 m、4.11 m。

鉆孔滲漏法與經(jīng)驗(yàn)公式計(jì)算得到的裂隙帶、冒落帶高度存在較大差異的主要原因是由于15#煤采用房柱式開(kāi)采方式， 采空區(qū)內(nèi)遺留有大量的煤柱，加之15#煤層頂板巖性較為堅(jiān)硬， 造成煤層開(kāi)采后裂隙帶、冒落帶高度顯著降低。

4 鉆孔成像驗(yàn)證

采用鉆孔成像技術(shù)對(duì)1 400 m、1 500 m 鉆場(chǎng)處內(nèi)探測(cè)鉆孔進(jìn)行探測(cè)。

在1 400 m 施工的探測(cè)鉆孔窺探過(guò)程中，探測(cè)至14.75 m，發(fā)現(xiàn)鉆孔周邊巖層出現(xiàn)垂向裂隙，探測(cè)至36 m， 正式進(jìn)入到15#煤頂板采空破壞區(qū)域，探測(cè)至42.15 m， 發(fā)現(xiàn)15#煤層采空塌陷空洞。 裂隙帶、冒落帶高度分別為8.25 m、3.68 m。

在1 500 m 鉆場(chǎng)探測(cè)15#煤采空區(qū)（底板）鉆孔影像截屏，窺探過(guò)程中，探測(cè)至15.92 m，發(fā)現(xiàn)鉆孔周邊巖層出現(xiàn)垂向裂隙，探測(cè)至31.88 m，發(fā)現(xiàn)15#煤頂板采空破壞區(qū)域，探測(cè)至40.86 m，發(fā)現(xiàn)15 m煤層采空塌陷空洞。 裂隙帶、 冒落帶高度分別為9.87 m、2.80 m。

鉆孔成像得到的裂隙帶、 冒落帶高度分別為9.87 m、3.68 m，與采用鉆孔滲漏法確定的15#煤層裂隙帶、冒落帶數(shù)據(jù)接近。

5 結(jié)語(yǔ)

采用鉆孔滲透法對(duì)15#煤層開(kāi)采后采空區(qū)上覆冒落帶、裂隙帶高度進(jìn)行探測(cè)，并采用鉆孔成像技術(shù)進(jìn)行驗(yàn)證，取得以下主要成果：

1）采用理論分析法得到的15#煤層采空區(qū)導(dǎo)水裂隙帶高度為49.50 m， 采用鉆孔滲透法測(cè)定的裂隙帶、冒落帶高度分別為10.41 m、4.11 m。 理論計(jì)算結(jié)果與實(shí)測(cè)值相差較大的主要原因是15#煤層采用房柱式開(kāi)采方式， 開(kāi)采后裂隙帶及冒落帶發(fā)育高度顯著降低。

圖3 1 500 m 鉆場(chǎng)2 號(hào)探測(cè)鉆孔成像

2）9#煤層與15#煤層層間距為35 m，15#煤層開(kāi)采后引起的冒落帶、裂隙帶總計(jì)高度為14.52 m，9#煤層下方與15#煤層采空區(qū)間仍有厚度20.48 m厚穩(wěn)定巖層。

3）結(jié)合9103 采面回采巷掘進(jìn)情況，在受15#煤采空區(qū)影響的區(qū)域， 掘進(jìn)巷道底板未出現(xiàn)裂隙、下沉等情況，預(yù)計(jì)15#煤層采空區(qū)不會(huì)對(duì)9103 工作面回采產(chǎn)生影響。