斜沟矿8#煤顶底板破坏带发育高度研究

李俊杰

(西山煤电(集团)公司 地质处，山西 太原 030053)

二叠系山西组8#煤层为斜沟矿全区稳定可采煤层，平均厚度约4.87 m，采煤方法为综采一次采全高。鉴于《建筑物水体铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》中导水裂缝带经验公式具一定的适用局限性，不能真实反映综采一次采全高条件下顶底板“三带”发育规律，为更准确地获得斜沟矿8#煤开采时顶底板“三带”发育情况，本次运用钻孔压水试验与现场瞬变电磁探测的方法对该矿8#煤顶底板“三带”发育规律进行了研究，以期为矿井安全开采提供可靠的理论依据。

1 钻孔压水试验

1.1 钻孔布置

试验采用井下仰(俯)孔压水试验法，试验通过工作面外围巷道向工作面内斜上方打小口径仰斜钻孔。钻孔设计不仅穿过预计的覆岩破坏范围，同时要超过预计导水裂缝带顶界高度。钻孔中各段漏失量变化情况的测定，使用双端堵水器进行逐段封隔注水，依据测定情况确定上覆岩层破坏规律。本次现场探测选择18101和18102两个回采工作面。

18101工作面布置2个观测孔，分别进行顶、底板“三带”观测。其中，顶板“三带”观测钻孔由侧帮斜向上43°穿入18101工作面采空区上方，预计孔深110 m。底板钻孔由侧帮斜向下14°穿入18101工作面采空区下方，预计孔深135 m。18102顶板“三带”钻孔由侧帮斜向上41°穿入18102工作面采空区上方，预计孔深140 m，底板“三带”观测钻孔由侧帮斜向下10°穿入18102工作面采空区下方，预计孔深158 m。

1.2 底板破坏深度观测

18101工作面底板观测孔的压水试验情况见表1。

表1 18101工作面底板观测钻孔施工记录表

由表1可知，当钻孔深度低于131 m时，压水流量能保持一个较高的数值；当钻孔深度135 m时，压水流量突然降低，即使增加水压，效果也不明显。因此，可以判定，当钻孔深度小于131 m时，底板处于导水破坏带，而钻孔深度大于131 m时，底板进入完整岩层带。根据钻探和压水试验结果，确定试验孔处18101工作面8#煤底板采动破坏带大约在孔深131 m左右，即底板采动破坏深度31.7 m。

18102工作面底板观测孔的压水试验情况见表2。

表2 18102工作面底板观测钻孔施工记录表

当钻孔深度低于124 m时，压水流量能保持一个较高的数值；当钻孔深度131 m时，压水流量突然降低，增加水压后流量变化不明显。因此，当钻孔深度小于124 m时，底板处于导水破坏带，而钻孔深度大于131 m时，底板进入完整岩层带。根据钻探和压水试验结果，确定试验孔处18102工作面8#煤底板采动破坏带大约在孔深131 m左右，即底板采动破坏深度32 m。

1.3 顶板裂隙带高度观测

1) 18101工作面顶板钻孔漏失量观测。

18101观测钻孔漏失量记录情况见表3。

当钻孔钻到30 m时，孔内反水突然减小，可以判断从孔深30 m进入冒落带。钻至45 m处，孔内无反水，继续钻进到60 m时，压水流量明显减小为0.98 m3/h。分析钻孔已经穿过冒落带进入裂隙带，冒落带的最大高度在钻孔深度45 m处。

压水时，水压、水量随钻进深度的变化特征与实际导水裂缝带的裂隙发育特征也是一致的。试验孔是由下向上钻进，即由煤层向顶板覆岩方向钻进。在导水裂缝带孔段，裂隙规模大小、延伸长度、连通性应是逐渐减小。因而，随钻进深度的增加，压入的水量逐渐减小，而压水压力则越来越大。根据钻探和压水试验结果，确定18101工作面试验孔处8#煤覆岩冒落带大约在孔深30～45 m，即冒落带最大高度30.7 m，45～88 m段为裂缝带，还可能继续向上发育，此时裂缝带垂直高度达到29.3 m。

表3 18101工作面观测钻孔漏失量记录表

2) 18102工作面顶板钻孔漏失量观测。

在施工18101工作面顶板钻孔过程中，冒落带高度较大，很难施工。将18102工作面顶底板观测钻孔的设计参数进行了相应修改，设计18102工作面顶板钻孔仰角41°。钻孔压水试验见表4。

表4 18102工作面钻孔漏失量观测记录表

由表4可知，压水试验时，钻孔内水量、水压变化特征为：钻孔深度15.2～45.7 m，压水流量为0.5～0.65 m3/h；钻孔深度45.7～110 m，压水时压水流量为0.65～0.87 m3/h，水压总体表现为随钻进深度增加水压缓慢增加的特征，其值为1 MPa；而水量总体表现则相反，随钻进深度增加水量逐渐减小，变化范围在0.87～0.83 m3/h。钻孔深度至114 m，水压相对减小至0.71 m3/h，至115 m时压水流量减小到0.07 m3/h。说明钻孔围岩裂隙骤然减小，因而判断此时钻孔已穿过导水裂缝带，裂缝带发育最大高度达到74.8 m。

2 矿井瞬变电磁探测与解释

2.1 18101工作面探测分析

在18115材料巷斜向上30°、45°、60°和斜向下15°、30°探测18101工作面采空区。18101工作面采空区上方顶板的瞬变电磁探测结果见图1，2，3。

图1 斜上60°视电阻率色谱图

图2 斜上30°视电阻率色谱图

图3 斜上45°视电阻率色谱图

由图1可见,45°视电阻率色谱图大约在55～105 m处为高阻区，即在垂直距离上约为47.6～90.9 m。45°剖面图中，大约在65～105 m处为高阻区，即在垂直距离上约为45.9～74 m。由图2可见，大约在70～105 m处为高阻区，即在垂直距离上约为35～52.5 m。在35 m处即已揭露冒落带。通过图1，2，3可以看出，在其终端存在一个高阻区域，3个图上的垂直距离分别为90.9 m、74 m和52.5 m。18101工作面顶板导水裂隙带发育高度在35～90.9 m。

底板的瞬变电磁探测结果见图4,5。

图4 斜下15°视电阻率色谱图

图5 斜下30°视电阻率色谱图

在打钻过程中钻孔出现反水，说明在18101采空区有一定积水。当钻孔打到破坏带以后，采空区积水流出。由于采空区积水深入到破坏带，使得底板破坏带的视电阻率较小，显示为低阻区域。由图4可见，深度在30～95 m处为低阻区，即在垂直距离上约为7.76～24.5 m。由图5可见，深度在25～70 m处为低阻区，即在垂直距离上约为12.5～35 m。通过以上分析可以看出，18101工作面的底板最大破坏深度为35 m。

2.2 18102工作面探测分析

在南翼回风大巷斜向上15°、30°、60°和斜向下10°、30°探测18102工作面采空区。18102工作面采空区顶板瞬变电探测结果见图6,7，8。

图7 斜上30°视电阻率色谱图

图8 斜上15°视电阻率色谱图

由图6可见，深度大约在0～105 m处为高阻区，即在垂直距离上0～90.9 m，此处有一完整的高阻带，高阻中心区的最大高度约为75.3 m左右。由图7可见，深度在0～105 m处为高阻区，即在垂直距离上约为0～52.5 m，高阻区域有进一步向上扩展空间。从图8可见，深度在0～105 m处为高阻区，即在垂直距离上约为0～27.2 m。总的来说，垂向上有一个明显的高阻区域。在横向上存在1条电阻率为6～8 Ω·m的近似高阻条带，相对稳定，由于岩体冒落带中不存在顶板水的分布，因此，高阻中心分布线可能为冒落带与裂隙带的分界线。该线的垂直高度大概为30 m。图6～8中该线的垂直高度分别为34.6 m、27.5 m和15.5 m。所以，TEM探测的垮落带最大高度为34.6 m。确定瞬变电磁探测的18102工作面顶板冒落带最大高度34.6 m，导水裂隙带发育高度为75.3 m。

18102底板瞬变电探测结果见图9，10。

由图9可以看出，深度在30～95 m处为低阻区，即在垂直距离上约为5.2～16.4 m。此段距离可能由于存在采空区少量积水导致视电阻率值较低。由图10可以看出，当钻孔深度大约在0～70 m处为高阻区，即在垂直距离上约为0～35 m。比较图9,10视电阻率高阻区和低阻区，结合18101工作面底板的视电阻率分析可知，18102工作面采空区积水没有完全渗透到底板破坏带中，底板破坏带在垂向上可能不是很连续。通过以上分析可以看出，18102工作面的底板最大破坏深度为35 m。

图9 斜下10°视电阻率色谱图

图10 斜下30°视电阻率色谱图

3 结 论

采用井下仰(俯)孔压水试验法对斜沟矿8#煤18101、18102工作面进行顶底板“三带”探测。18101工作面开采导致8#煤覆岩冒落带高度30.7 m，底板破坏深度31.7 m；18102工作面开采导致8#煤覆岩导水裂隙带高度74.8 m，底板破坏深度32 m。瞬变电磁探测8#煤顶底板视电阻率情况与钻孔实测的结果基本相吻合。

综合确定18101工作面顶板冒落带高度30.7 m，导水裂隙带高度70 m，底板破坏带深度31 m；18102工作面冒落带高度32 m，导水裂隙带高度74.8 m，底板破坏带深度32 m。该数值对斜沟矿8#煤开采中顶底板“三带”预测与矿井防治水安全评价具有一定的借鉴意义。

参 考 文 献

[1]占文峰，王 强，牛学超.采空区矿井瞬变电磁法探测技术[J].煤炭科学技术，2010，38(8)：115-117.

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[3]孟召平，王保玉，徐良伟，等.煤炭开采对煤层底板变形破坏及渗透性的影响[J].煤田地质与勘探，2012，40 (2)：39-43.