田庄煤矿1303工作面底板破坏深度探测

吴士安

(山东临矿集团临沂华建建设集团有限公司)



田庄煤矿1303工作面底板破坏深度探测

吴士安

(山东临矿集团临沂华建建设集团有限公司)

摘要田庄煤矿受承压水威胁的工作面采用较普遍的承压开采方式回采，为确保该工作面不受下层含水层的威胁，有必要准确确定该工作面在回采过程中的底板破坏深度，以确保该工作面安全生产。以田庄煤矿1303工作面为例，对其底板破坏深度进行了探测，结果表明，底板破坏深度在27.5 m以上，底板裂隙使得底板原始裂隙进一步扩张，对该工作面的威胁进一步加大。

关键词承压开采底板破坏深度含水层底板裂隙

我国长期受到承压含水层威胁的煤炭储量达到数百亿吨，为节省矿井支护成本以及保护矿区环境，多数靠近含水层的煤层采用承压开采方式进行生产[1-3]。田庄煤矿的13#煤层靠近四灰含水层，下部临近徐灰、草灰含水层，受到承压水威胁较大，亟需确定1303工作面在回采过程中的底板裂隙发育情况，以确保井下安全生产。

1工作面概况

1303工作面位于该矿13#煤层，该煤层厚度稳定，平均1.3 m，煤层倾角18°，该工作面沿煤层倾向布置，长80 m。煤层结构简单，一般含0～2层炭质砂岩夹层，呈串珠状或透镜状，厚度不稳定，一般0.1～0.3 m，顶板为四灰层，平均厚6.4 m，坚硬、稳固，抗压强度90.87 MPa，属难冒落顶板。底板为砂质黏土岩，团块状，无层理，平均抗压强度为66.90 MPa，洗属性较小，一般不会引起巷道底鼓。该工作面下距15#煤层8.78～13.64 m，平均11.42 m。该工作面开采时，主要受到红砂层-灰水含水层、四灰水及深部徐草灰承压水的威胁。四灰层为13#煤层的直接顶，距下部15#煤层13 m，为该两者开采过程中的直接威胁，该层富水性较强，相邻汶南煤矿-500 m 以上四灰层平均涌水量为2.5 m3/min，但随着埋深的加大，裂隙发育程度和富水性逐渐降低。四灰层应属富水性弱—中等的岩溶裂隙承压水层，由于汶南矿的开采和排水时，一、四灰水层的水位已降至-500 m 以下，故田庄煤矿开采时一、四灰层基本无水，仅在雨季有少量淋水，对矿外充水影响较小。据矿区1#孔揭露，徐灰层厚14.75 m，下部夹薄层黏土石，上距17#煤层20.17 m，草灰层厚 20.36 m，下部夹黏土岩，上距徐灰层9.25 m，因此徐灰层、草灰层可视为非均质综合含水层，是开采15#、17#煤层的直接充水含水层。徐灰层、草灰层浅部有露头分布，接受大气降水和地表水补给，岩溶裂隙发育程度较高，但随着埋深的加大，徐灰层、草灰层灰富水性已明显减弱，徐灰层、草灰层属富水性弱—中等的非均质岩溶裂隙承压含水层。

2底板破坏深度探测

2.1探测方法

本研究采用钻孔双端封堵测漏装置，探测1303工作面开采过程中的底板破坏深度，在钻孔内沿钻孔进行分段封堵注水，测定钻孔内、两胶囊间(测段)的漏失流量，以了解钻孔所涉及区域内的围岩裂隙发育情况。钻孔双端封堵测漏装置涉及的设备如图1所示[4-5]。

2.2探测结果

钻探工程利用现有的钻机硐室设计钻孔，在探测过程中，1303工作面布置2个钻机硐室，设计布置5个钻孔，分别编号为13-1#、12-2#、13-3#、13-4#、13-5#，终孔布置位置距徐灰含水层约15 m。各钻孔口选取位置需留有一定的间距，同时还需选择不同的角度，使得各钻孔的相互影响降至最小。该5个钻孔所涉及的孔深、倾角等参数详见表1，钻孔现场布置情况及煤层与含水层之间的关系见图2。

对13-4#、13-5#钻孔进行了工作面回采前观测(其余3个钻孔不具备观测条件)，结果见表2。由表2可知：在工作面回采之前，13-5#钻孔在观测过程中均未出现水量流失，说明在回采前该钻孔所涉及的底板岩层原始裂隙不发育；13-4#钻孔在孔深达到22.78 m以下均有5 L/min的流失量，说明该钻孔所涉及的围岩原始裂隙发育，但裂隙的连通性不佳。综合分析13-4#、13-5#钻孔的水量漏失情况，可知13#煤层底板的原始导高有可能达到19.1 m以上。

在1303工作面推至13-1#、13-2#、13-3#钻孔所在硐室附近，对该3个钻孔的水流失量进行了观测，见表3。

图1　钻孔双端封堵测漏装置

图2　钻孔底板破坏深度探测设计

硐室钻孔编号方位角/(°)倾角/(°)孔深/m终孔孔径/mm开孔直径/mm1#钻窝2#钻窝13-1#271-26408912713-2#267-1456.58912713-3#263-10668912713-4#268-20498912713-5#268-453289127

由表2、表3进一步分析得知：①田庄煤田13#煤层底板原始裂隙较发育，但具有不均匀性；②田庄煤田太原组煤层的底板原始导高发育，但不均匀，随着底板深度的增加，导高发育越来越低；③在断层附近的原始导高较发育，高度可达17#煤层。

表2　13-4#、13-5#钻孔观测结果

表3　采后钻孔观测结果

3结语

采用钻孔双端封堵测漏装置对田庄煤矿1303工作面在开采过程中的底板破坏深度进行了探测，结果表明，该工作面回采后对底板的破坏深度大于27.5 m，远大于经验公式计算出的破坏深度(10～13 m)，为确保该工作面安全生产，有必要加强对底板的控制，防止发生突水事故。

参考文献

[1]王震.煤层开采底板破坏数值模拟对比研究[J].中州煤炭，2015(11)：26-29.

[2]孔祥勇，杨科，陆伟.大倾角煤层群下行开采底板破坏机理及工程应用[J].地下空间与工程学报，2015(S)：63-66.

[3]雷瑞德，谭云亮，顾士坦，等.厚煤层开采动载扰动底板冲击危险演化规律[J].矿业研究与开发，2015(9)：34-39.

[4]冯强，蒋斌松.基于积分变换采场底板应力与变形解析计算[J].岩土力学，2015(12)：78-82.

[5]王子成，魏久传，谢道雷.石槽村井田2-2#煤层底板破坏深度综合研究[J].山东煤炭科技，2015(12)：67-72.

(收稿日期2016-04-12)

吴士安(1975—)，男，工程师，276017 山东省临沂市罗庄区。