工作面上覆岩层三带分布实测研究

肖 华

(贵州煤矿安全监察局安全技术中心， 贵州 贵阳 550001)

0 概 述

我国学者根据覆岩运动和破坏特征，提出了覆岩破坏学说，按照长壁开采后覆岩变形破坏特征及其导水性能，将上覆岩层分为“三带”即冒落带、裂隙带和整体弯曲下沉带，并对离采场较近的裂隙带形态及力学特性进行了描述[1-4]。采场覆岩变形破坏“三带”分布特征的说法已经基本成熟，“三带”高度的确定方法目前主要有理论计算、现场实测、数值模拟等方法[4-8]，本文以某矿井综采工作面为研究对象，该工作面走向长度为2038 m，倾向长度为300 m，平均采高为4.7 m，所采煤层赋存稳定，煤层层理较发育，整体性较好，平均埋深约108 m，属于浅埋深大采厚煤层，采煤工艺为综采工艺，顶板管理方式采取全部垮落法。为了研究该矿井所在地质条件下煤层开采后上覆岩层的破坏形式，本文采用钻孔冲洗液法对上覆岩层的破坏分带进行实测，通过实测确定“三带”的范围，为矿井有效管理顶板和保障安全生产提供理论依据。

1 钻孔布置情况

在进行测量之前首先要确定观测钻孔的具体位置，必须保证该钻孔位于所研究的综采工作面上方，其次要记录观测钻孔的基本参数，观测钻孔和工作面位置关系见图1，观测钻孔基本参数见表1。

2 观测结果及分析

2.1 钻孔观测结果

从综采工作面正前上方地表往下打勘探钻孔，当钻孔深度达到87.72 m时，取出的岩芯显示为浅灰粉砂岩，且下部较为破碎；当钻孔最终成孔时，综采工作面已经推进到距观测钻孔水平距离只有0.42m位置，此时地表移动基本停止已趋于稳定状态。由于覆岩发生破坏的地带，裂隙较多，所以观测钻孔冲洗液消耗量也将增多，于是可以根据钻孔冲洗液漏失量的变化情况，来判断工作面上覆岩层的破坏情况，以此来划分上覆岩层破坏“三带”，试验观测钻孔冲洗液消耗量见表2。

图1 观测钻孔平面布置

孔口初始坐标X/m4418203.35Y/m37416302.32Z/m1391.30终孔深度h2/m87.72出现塌陷夹钻的钻孔深度h3/m87.72煤层底板标高Zm/m1280.00孔口对应正下方煤层厚度M/m5.00工作面采高MZ/m4.50

2.2 工作面覆岩破坏特征

钻孔CY1冲洗液漏失量变化曲线见图2。

由图2可知，工作面开采后，从地表面到工作面顶板，工作面上覆岩层破坏程度存在较为明显的差异，可以根据上覆岩层程度对其破坏形式进行分带，从上至下依次可划分为弯曲下沉带、导水裂隙带和垮落带。根据实测钻孔冲洗液消耗量变化情况可以确定各带的带宽，在孔深44.62～54.98 m范围内，冲洗液消耗量为0.30 m3/h～0.60 m3/h；当钻孔钻进至孔深54.98 m时，钻孔出现漏孔，冲洗液消耗量显著增加，从0.60 m3/h迅速增加到2.50 m3/h，小泵流量(2.5 m3/h)全部漏失，没有返水，以后一直保持漏孔；当钻孔继续钻进至孔深87.72 m时，钻孔出现塌陷夹钻。由此可计算工作面上覆岩层三带高度：

表2 观测钻孔冲洗液消耗量

图2 工作面观测钻孔冲洗液漏失量变化曲线

煤层埋深：Hs=Z-Zm-M=1391.295-1280-5.0=106.295 m

弯曲下沉带高度：Hl=h1=54.98 m

导水裂隙带高度：HliHs-h1=51.315 m

垮落带高度：Hm=Hs-h3=18.575 m

弯采比：Kl=Hl/M2=12.217

裂采比：Kli=Hli/M2=10.9

垮采比：Km=Hm/M2=3.9

式中h1为漏水加剧深度，54.98 m。

根据上覆岩层各破坏带厚度，可以计算得到该工作面垮落带、导水裂隙带、弯曲下沉带厚度比值为1∶1.76∶2.96。

3 结 论

本文采用钻孔冲洗液现场实测法研究工作面上覆岩层破坏分带形式，并以某矿综采工作面为例,对上覆岩层破坏分带形式进行了实测和分析研究，确定了试验研究矿井综采工作面开采后上覆岩层破坏形式分带特征，试验研究主要结论如下：

(1) 工作面开采后，工作面上覆岩层破坏程度存在较为明显的差异，可以根据上覆岩层程度对其破坏形式进行分带，从上至下依次可划分为弯曲下沉带、导水裂隙带和垮落带。

(2) 借助实测钻孔冲洗液损耗量的差异确定各带临界点，进而得出 “三带”的确切高度，最终可以较为精确地得到上覆岩层破坏后各带的厚度比，可以为同类型工作面顶板管理提供参考。

参考文献：

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