刘河煤矿13采区二2煤顶板覆岩破坏高度的研究

张红乾　郭伟玮　李成生

摘要：为指导13021回采上限工作面的安全回采，需要在同采区相邻工作面13031工作面开采过程中，采用覆岩破坏探测手段实测覆岩破坏规律。选用拉压应力传感器进行覆岩破坏高度的测试工作。设置了T1、T2、T3三个观测孔。13031工作面在采高3.3m情况下垮落带高度最大不超过15.9m。

关键词：13031覆岩破坏高度；测试工作

河南神火集团有限公司刘河煤矿，行政区隶属河南省商丘市永城市刘河乡。刘河井田面积6.5km2，矿井地质储量2268万t，可采储量1121万t。主采煤层二2煤，平均厚度2.67m，设计生产能力为30万t/a，（现扩建到年产45万t/a），服务年限为26.7a（扩建后15年），矿井于2004年8月开工建设，2006年12月建成投产。刘河井田位于黄淮冲积平原中部，井田为新生界所掩盖，地表地势平坦，海拔32～36m。

13采区位于刘河煤矿西部，二2煤层露头带从北向南延伸，煤层覆岩厚度薄，形成新近系含水层下压煤；为安全回收煤层露头处部分煤炭资源，获得二2煤顶板覆岩破坏高度准确数据，提出在13031工作面研究获得相关数据，以便指导13021工作面二2煤提高开采上限的研究。

在刘河煤矿13031工作面覆岩破坏测试工作中，首先采用了传统的分段压水试验发测试覆岩破坏高度。

1 测试孔位置的确定

在13031工作面开采过程中，采用覆岩破坏探测手段实测覆岩破坏规律。探测钻场的位置选择在13031风巷距切眼165m左右位置，在钻场内施工3个仰斜孔，角度分别为30°、40°、50°对应孔深为74m、88m、111m。钻孔方位与13031风巷夹角为10°偏向工作面。探测钻场位置如图1所示。

2 覆岩破坏探测点的布置

选用拉压应力传感器进行覆岩破坏高度的测试工作。根据不同布设位置拉压应力传感器测试数据的变化情况进行分析开采过程中覆岩破坏高度的发育情况在T3孔布设5个测试传感器，T2孔布设9个，T1孔布设7个，传感器间距按照测试精度±2m布置，最小垂直距离为2m，每个传感器为一个观测节点，所有节点组成一个高密度观测网，各相邻节点测试结果可以相互验证和分析覆岩变形破坏的时间进程。具体情况如图2所示。

各探测孔中传感器在仰孔扫孔后由推杆送入钻内指定位置。在传感器送入至指定位置后采用水泥黄土浆封孔，将传感器固定在孔内设定的位置。

3 測试工作的安排及测试结果

安装结束后检测结果显示，21个传感器中除T1孔（30°）序号1测试点传感器受损外，其它20个传感器可正常测试。随后的测试工作分为三个阶段：第一阶段为背景值测试，在水泥黄土浆液固结25天后对背景值进行测试，此时回采位置据测试钻场81m；第二阶段测试，在13031工作面回采过程中，刘河矿对井下巷道进行检修，导致13031工作面停采26天，在恢复回采时，对传感器进行第二次背景值测试，此时回采位置距离钻场77.5m；第三阶段为连续测试阶段，当回采线距钻场57m，开始第三阶段测试工作，由于回采线距钻场位置较近，此时煤层开采以后引起测试点位置覆岩移动变形情况逐渐明显，传感器读数变化较大。该阶段采集数据的间隔由疏到密，最后每天1～2班下井采集数据，共连续测试采集15次，测点在开采影响下大部分遭受破坏，数据采集完毕。各测点位置如表1-1所示。各阶段拉压应力变化与回采线距钻场距离关系如图3-1～3-3所示。

在13031工作面井下对覆岩破坏高度进行的实际观测，具体结果分析如下：

在监测过程中T1孔测点损坏较多，T2、T3孔较为完整，且数据变化较为清晰。由T2孔可以看出，在数据变化趋势上测点3的变化较为明显，推断覆岩垮落带高度应在该点之下，即不大于15.9m。

由T3孔各测点数据变化趋势看，T3孔测点2变化幅度不太大（变化值小于100），测点1的变化较为明显，推断覆岩垮落带发育高度应在测点1之下，即不大于18.8m。

以上13031面的数据和实采经验可以判别，13031工作面在采高3.3m情况下垮落带高度最大不超过15.9m，相邻的13021工作面在采高3.3m情况下，覆岩垮落带发育高度在15.9m～18.8m以下。根据薄覆岩下开采经验类比，垮落带高度约为开采厚度的3.3～5.4倍。

13031工作面覆岩破坏观测经验，采厚3.3m左右覆岩垮落带高度在15.9m，垮落带采厚比为4.82。考虑到煤层厚度变化，将开采厚度1.0m～3.0m覆岩垮落带范围预计如表2。

根据3表及规程公式计算的结果小于其他三种方法分析的结果。根据以上计算结果和本矿区的实际开采经验，选取覆岩垮落带最大高度为最终确定值，即在13021工作面一次采全高为2.7m时上覆岩层垮落带高度为16.10 m。

5 结语

通过对13031工作面顶板覆岩破坏高度的研究，首次获得了刘河煤矿二2板顶板覆岩破坏高度的精确数据，对研究防治矿井顶板水有重有指导意义。13031工作面实际已经安全回采完毕，据此研究成果指导13021工作面，科学留设了顶板的防砂煤柱，现已经安全回采完毕。实现了刘河矿首个提高上限工作面安全回采，取得了较好的安全效益和经济效益，多回收煤炭25万吨，获得利润4500万元。

作者简介： 张红乾（1984～）男，河南商丘人，助理工程师，主要从事井下采矿管理工作。