工作面“两带”发育高度的探测研究

周金龙

（中国煤炭地质总局 一二九勘探队，河北 邯郸 056000）

0 引 言

《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》中归纳总结的计算“两带”高度的经验公式，已不能完全适用于大采高综采工艺。采煤方法不同，“两带”发育高度和变化规律也随之改变，差异明显。覆岩破坏高度的实测研究是准确掌握覆岩破坏高度的最佳途径，实测结果不仅可以准确反映覆岩破坏的发育高度、反映出导水裂缝带的发育形态，还能较经验公式更准确的对同一煤层的不同工作面进行类比预测。

1 工程概况

205 工作面位于隆德煤矿的西翼，地质结构简单，主要开采2-2 煤层，平均厚度4.0 m，采用综合机械化一次采全高采矿法。2-2 煤层直接充水含水层为顶板砂岩裂隙含水层，间接充水含水层为第四系沙层潜水、基岩风化带水和直罗组砂岩水。在205 工作面施工了3 个采后“两带”观测孔，2 个靠近顺槽内侧，1 个位于工作面中央，1 号钻孔2-2 煤层顶板埋深194.34 m，2 号钻孔2-2 煤层顶板埋深191.50 m，3 号钻孔2-2 煤层顶板埋深195.89 m。

2 两带高度观测

本文通过钻孔冲洗液漏失量观测和彩色电视观测2 种方法，综合确定隆德煤矿205 工作面2-2 煤层“两带”发育高度。

2.1 钻孔冲洗液漏失量观测

钻孔冲洗液漏失量观测方法是一种比较可靠的判定垮落带和导水裂缝带高度及其破坏特征的方法，主要通过记录钻进过程中的钻孔冲洗液漏失量及水位变化、卡钻和掉钻现象、岩芯观察及地质描述等资料来综合判断。此次施工的3 个两带观测孔冲洗液漏失量及水位变化情况如图1 所示。

图 1 两带观测钻孔冲洗液漏失量及水位变化曲线图Fig.1 Curve of leakage and water level change of drilling flushing fluid observed in two zones

由图1 可知，1 号钻孔冲洗液漏失量从118.87 m 开始增大明显，至122.49 m 冲洗液循环终止，孔内水位从119.52 m 开始下降明显，至129.45 m孔内测不到水位；2 号钻孔冲洗液漏失量从122.10 m 开始增大明显，经短暂的衰减之后又迅速增大，至124.27 m 冲洗液循环终止，孔内水位从119.38 m 开始下降明显，至137.58 m 孔内测不到水位；3号钻孔冲洗液漏失量从119.04 m 开始增大明显，经短暂衰减之后又迅速增大，至122.61 m 冲洗液循环终止，孔内水位从115.63 m 开始下降明显，至125.20 m 测不到水位。

1 号钻孔 118.87 ～ 129.45 m 段、2 号钻孔119.38 ～137.58 m 段及3 号钻孔115.63 ～125.20 m 段，钻探取芯反映岩芯破碎，可见大角度的次生裂隙，裂隙面较为新鲜，且没有充填物；一定深度后 （1 号钻孔173.38 m、2 号钻孔 176.40 m、3 号钻孔170.85 m），3 个钻孔均多次出现卡钻、掉钻现象，岩芯破碎呈碎块状，已失去原有层序性。

综合分析判定205 工作面2-2煤层垮落带和导水裂隙带高度，1 号钻孔垮落带高度为20.96 m，导水裂隙带高度为75.47 m；2 号钻孔垮落带高度为15.10 m，导水裂隙带高度为69.40 m；3 号钻孔垮落带高度为25.04 m，导水裂隙带高度为76.85 m。

2.2 彩色钻孔电视观测

钻孔彩色电视观测是将带有光源的防水摄像探头放入钻孔中，实时观测、监控和记录钻孔中地质体的各种特征及细微变化，直观地获取煤层覆岩完整性和采动裂隙发育特征、裂缝发育宽度、连通情况和岩体破碎情况的观测方法。

从钻孔彩色电视观测结果来看，3 个钻孔上部孔壁原生裂隙延展较为自然，裂隙面磨圆度较高，无明显的采动破坏特征；一定深度（1 号钻孔118.56 m；2 号钻孔 119.84 m；3 号钻孔 119.72 m）后，孔壁裂隙发育连续，且裂隙多为高角度纵向发育，部分层段为纵横交错裂隙和贯穿裂隙，裂隙细长，裂隙面新鲜，综合钻进异常情况判断为采动裂隙；煤层顶板以上一定范围内（1 号钻孔20.48 m；2 号钻孔15.16 m；3 号钻孔27.24 m），裂隙宽大且裂隙间有较大的岩块脱落，越往深部孔壁完整性越差，探测段末端可见岩块堆叠杂乱，判断为垮落带。

根据钻孔电视成像资料反映的采动裂隙的发育与分布特征，分析判定205 工作面2-2煤层导水裂隙带和垮落带高度，1 号钻孔导水裂隙带高度为75.78 m，垮落带高度为20.48 m；2 号钻孔导水裂隙带高度为71.66 m，垮落带为15.16 m；3 号钻孔导水裂隙带高度为76.17 m，垮落带为27.24 m。

2.3 两带高度的确定

综合以上2 种观测方法的观测结果，钻孔彩色电视探测结果较好的验证了钻孔冲洗液漏失量观测成果，本着安全的角度选取数值较大的覆岩破坏高度作为预计结果，最终确定隆德煤矿2-2 煤层205工作面覆岩破坏“两带”高度结果，垮落带高度为27.24 m，导水裂缝带高度为76.17 m。

3 与经验公式所得对比分析

根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》，中硬岩层垮落带（Hk）、导水裂隙带（Hli） 的高度可用下式计算：

垮落带：

导水裂隙带：

式中：M为累计采煤厚度，m。

经计算205 工作面2-2煤层导水裂隙带高度为50 m，垮落带高度为13.07 m。

经验公式计算结果与实测数据偏差较大。可见由炮采、普采和分层综采归纳总结的经验公式已不能完全适用于大采高综采工艺。虽然很多专家学者对不同地质采矿条件下的综采工作面“两带”高度进行了大量研究，并取得了较多的成果，但对大采高综采工艺的“两带”高度仍无合适的经验公式。

4 结 论

（1） “三下规程”中的两带高度经验公式已不能完全适用于大采高综采工艺，覆岩破坏高度的实测研究是准确掌握“两带”高度的最佳途径。

（2） 通过钻孔冲洗液漏失量观测及彩色电视观测2 种方法，可以直观准确地确定采空区上覆岩层“两带”高度。

（3） 205 工作面2-2煤层覆岩破坏“两带”高度的结果，垮落带高度为27.24 m，导水裂缝带高度为76.17 m。

（4） 隆德煤矿其它工作面“两带高度”可通过205 工作面两带高度值类比预测，为顶板水害防治工作提供有益参考。