盖州煤矿9105综采工作面导水裂隙带观测研究

孙浩彬

（山西煤炭运销集团盖州煤业有限公司，山西 晋城 048400）

矿山开采活动可导致上覆岩层的应力重分布，尤其在形成采空区后，上覆岩层受到的支撑力减小，下沉弯曲，裂隙发育，形成导水裂隙带[1-2]。导水裂隙带的观测和研究，对于矿山井下安全开采具有十分重要的意义，本文探讨了导水裂隙带观测基本原理，并根据盖州煤矿9105工作面实际地质情况进行了观测方案设计和实地观测，取得了较好的观测效果。

1 工程概况

1.1 工作面情况

盖州煤矿9105工作面地面位于山秦村以南，原董庄煤矿以西，侯家庄村东，东吴庄西北的山岭、沟谷地段，大部分为山地，有极少地段为农田。原董庄煤矿西部及西北部存在一些高压线路及铁塔，其采掘工程平面图见图1所示。9105工作面走向长1820m，工作面长180m，掘进时9105工作面进风顺槽净断面为4.8～2.8m，采用切顶卸压沿空留巷后巷道净断面预计为4.5 ～2.5m，作为9107工作面回风顺槽使用。

1.2 地质构造

工作面局部地方有宽缓的褶曲构造，9105运输顺槽揭露F14断层，预计工作面会有落差较小的断层，9105回风顺槽230～270m处有一单斜构造，倾角约20°～30°。

图1 工作面采掘工程平面图

1.3 水文情况

工作面受顶板K5灰岩水和上覆残留3号老空水影响。施工疏放水钻孔13个疏水800m³，虽然采前对上部积水进行了疏放，回采过程中仍有残余老空积水沿裂隙导入工作面，预计正常涌水量为4.7m³/h，随着工作面推采垮落，将通过裂隙导入工作面。回采期间应具备足够排水能力和完善的排水系统。

2 井下导水裂隙带观测原理

2.1 井下导水裂缝带观测方法概述

将钻场布置在井下围岩较为稳定的硐室或巷道中，从该钻场打斜仰钻孔至上层围岩的导水裂隙带，并使用专用的观测仪器来观测和测量该导水裂隙带的高度。与之前常用的裂隙带观测方法相比，该方法具有观测速度快、观测精度高、费用少等优点[3-5]。其基本原理如图2所示。

图2 井下钻孔导水裂缝带高度观测示意图

2.2 井下导水裂隙带高度观测仪的结构

井下导水裂隙带高度观测系统，由高压气源水源系统、控制系统、管路系统、双端堵水器等几部分组成，见图3所示。

3 9105工作面导水裂隙带高度观测方案设计

3.1 观测剖面位置的确定

结合工作面实际情况，同时为达到方便观测的要求，将观测位置布置在工作面运输顺槽中。导水裂隙带高度观测实施时间为2018年11月份，考虑工作面内煤层厚度变化及地质构造的影响，钻孔位置应距地质钻孔较近的地方。在9105工作面推至861m位置处（在9105工作面J15标志点附近）进行导水裂隙带高度观测较为合适，附近无断层构造影响，其区域为2018年10月10日左右回采完成。根据工作面平均日推进10m，2018年11月12日工作面已推过该区域33d左右时间，观测时间合适。

图3 导水裂隙带高度观测仪测试图

该断面内预计施工2～3个观测钻孔，包括2个观测孔和1个对比孔。其中导水裂隙带高度观测孔向9105工作面方向施工，钻孔方位与工作面垂直；对比孔施工方向为煤体，方位与工作面成90°。观测钻孔平面布置图如图4所示。

图4 观测钻孔布置平面示意图

3.2 钻孔布置方案

观测孔：需布置2个观测孔，进行对比分析。若观测数据对比性不强，需要补充观测钻孔。

对比孔：施工过程中先施工2个导水裂隙带高度观测孔，如果观测数据能够明显而准确地确定导水裂隙带高度值，则不需要再施工对比孔；如果观测孔内各段注水漏失量的数据对比性不强，则在观测断面内向实体煤未采动区域内再施工1个对比孔。通过对比孔与观测孔内的注水漏失量的对比，来准确确定9105工作面的导水裂隙带高度。

根据计算设计，各钻孔的要素见表1，导水裂隙带高度观测与对比孔布置剖面图如图5所示。

根据该矿实际条件，钻机选用型号为ZYW-1200煤矿用全液压钻机，在注浆管处用3NBB3.1-15.0/6.0-2.5-1.5型煤矿用变量泥浆泵对孔壁采用水泥水玻璃双液浆进行注浆，并配备法兰盘，以备钻孔透水时封孔使用，然后再正常钻进。两带高度观测仪选用型号为QKX-DSQ-1500的双端堵水器。

表1 观测钻孔参数表

图5 导水裂隙带高度观测钻孔布剖面图

3.3 观测时间

每施工完一个钻孔就观测一个，钻机不要移动，观测时要使用钻机。每个钻孔的观测时间为1d，并提前一天在井上做好下井观测前的准备工作。

先进行2个观测孔的施工与观测，如果观测孔内各段注水漏失量的数据对比性不强，则在观测断面内向实体煤未采动区域内再施工1个对比孔，通过对比孔与观测孔内的注水漏失量的对比。

4 9105工作面覆岩导水裂隙带高度观测成果

4.1 9105工作面钻孔施工情况

2018年11 月份在9105工作面运输顺槽的5J15标志点处向9105工作面采空区方向施工2个顶板探测钻孔。钻孔施工的9105工作面区域为2018年10月10日左右回采完成。

根据巷道探煤厚资料显示，钻孔施工终孔区域煤厚1.7m，实际施工情况：1#钻孔施工至44m处，2#钻孔施工至45m处，3#钻孔施工至46m处。轨迹仪观测过程中，钻孔基本无掉块现象。

4.2 观测结果分析

（1）对比钻孔

对比孔观测钻孔于2018年11月12日开始施工，至11月13日施工完成，11月14日开始进行对比孔的观测工作。

对比孔钻孔区域内，孔深10～44m、垂高8.66～38.11m阶段，岩层渗水量为0.5～4.7L/min。说明岩层渗水量小于4.7L/min时，该区域不在导水带范围内，对比孔为本次观测提供了一定的技术资料。

（2）1#孔观测结果分析

1#观测钻孔于2018年11月7日开始施工，至11月8日施工完成，11月16日钻孔开始进行1#孔的导高观测工作。根据现场观测数据，钻孔观测范围内各段岩层的注水漏失量可以明显分为两个区域，即漏失量较大的I区域与漏失量较小的II区域。在II段钻孔区域内，孔深29～42m、垂高27.25～39.5m区域，岩层的注水漏失量为2.5～3.8L/min，各岩层段的渗透量均＜4L/min，并不在裂隙带范围内。I段钻孔区域内，孔深10～29m、垂高9.4～27.25m阶段，岩层渗水量为9.6～19L/min，1#观测孔观测到的导水裂隙带的最大发育高度应该在27.25m左右。

（3）2#孔观测结果分析

2#观测钻孔于2018年11月9日开始施工，至11月10日施工完成，11月15日开始进行2#孔的导高观测工作。2#孔的观测由下往上进行。

在II段钻孔区域内，孔深31～44m，垂高28.8～40.9m，岩层注水漏失量为3.0～5.1L/min，该段区域不在导水裂隙带范围。I段钻孔区域内，孔深10～30m，垂高9.27～28.8m，岩层注水漏失量为8.7～18.2L/min，2#观测孔观测到的导水裂隙带的最大发育高度在28.8m左右。

5 结论

（1）论文探讨了盖州煤矿9105工作面导水裂隙带的基本观测原理，并根据实际地质情况设计了采用1个对比孔、2个观测孔进行观测方案设计。

（2）本次现场观测共实测2个顶板导高观测钻孔，2个钻孔均比较准确地测试出了导水裂隙带的上限值。1#孔：H（1）=27.25m；2#孔：H（2）=28.8m；平均值：H（平均）=28.03m。