焦 昊

（山西煤炭進出口集團有限公司，山西 太原 030006）

1 工程概況

大平煤業(yè)2018年核定生產(chǎn)能力為1.8 Mt/a，主采下二疊系山西組3號厚煤層。根據(jù)礦井生產(chǎn)銜接規(guī)劃，將于近期開采一采區(qū)北翼3112工作面。該工作面上方地表有濁漳河流過（最大流量為12.46 m3/s，最小流量為0.08 m3/s），屬地表水體下采煤［1-2］，涉及礦井的安全生產(chǎn)。為保證3112工作面在地表河流下正常安全開采，需對工作面“兩帶”高度［3-4］進行實測，防止回采期間與地表河流導通，致使地面河水灌入井下。為保證觀測數(shù)據(jù)詳實可靠，將測點布置在鄰近條件相近的3108工作面，工作面布置見圖1。

3108工作面位于大平煤礦一采區(qū)北翼，工作面寬度約194 m（含兩巷），推進長度300 m。工作面上方地勢平坦，地面標高約為+886 m，煤層底板標高為+535～+575 m，蓋層厚度平均350 m，煤層平均厚度6 m，煤層傾角8°～10°，傾向正西。工作面基本上沿煤層南北走向推進，沿傾向布置。工作面采用綜采放頂煤開采，采高為2.4 m，放煤高度3.6 m。

2 鉆探方案

2.1 鉆孔布置

根據(jù)相關(guān)規(guī)定，結(jié)合3108工作面布置情況，在靠近東部標高較高一側(cè)順槽可觀測到導水裂縫帶最大發(fā)育標高。為此在3108工作面運輸巷內(nèi)側(cè)20 m布置2個觀測孔，鉆孔分別命名為D1、D2，兩孔南北平面間距約40 m，可以起到相互驗證的作用，避免單一鉆孔實測數(shù)據(jù)的偶然性。觀測孔口實測地表標高約+886 m，3#煤層底板標高約+570～+575 m，頂板埋深約305～310 m。鉆孔位置見表1。

圖1 工作面布置（見圖中標識）

表1 鉆孔相對位置參數(shù)

2.2 鉆孔結(jié)構(gòu)

地質(zhì)資料顯示，此處第四系厚約10～20 m。鉆孔開孔直徑178 mm，鉆孔穿過基巖面5～10 m，下套管對第四系嚴格止水（防止第四系水進入鉆孔，對測量結(jié)果造成影響，保證實驗數(shù)據(jù)準確性），套管直徑146 mm；進入基巖向下鉆進采用清水作為沖洗液，基巖段鉆孔直徑為Ф89 mm鉆進。

2.3 鉆孔取芯

為了掌握工作面開采導水裂縫帶頂界及上方彎曲下沉帶巖層的巖石力學性質(zhì)和巖層裂縫發(fā)展規(guī)律，為裂隙帶高度判定提供依據(jù)，并為以后工作面水體下采煤提供參考，對兩個鉆孔3號煤層頂板采取巖石力學試樣，取芯段均位于孔深約100（距煤層頂板約205 m）～220 m（距煤層頂板約85 m）。

3 鉆探觀測成果分析

3.1 工作過程描述

（1）D1號鉆孔

①D1號下套管深度19 m，實測風化帶含水層水位標高為+2.4 m。在鉆進深度160 m（40～100 m無芯鉆進，100～160 m取芯鉆進），鉆進過程孔內(nèi)沖洗液消循環(huán)正常，消耗量約為0.01～0.03 m3/m，觀測提鉆后水位深度為2.4～3.6 m。

②160～190 m區(qū)間，取芯鉆進沖洗液消耗量有所增大，約為0.03～0.26 m3/m，但沖洗液循環(huán)正常；提鉆后孔內(nèi)水位深度3.6～5.3 m，有下降趨勢，注水試驗顯示漏失量不大。將孔內(nèi)水位灌注至孔口位置，維持注水漏失平衡量為0.08～2.0 m3/h。

③190～220 m層段，沖洗液消耗量明顯增加，孔內(nèi)返漿量明顯減小。特別在孔深194 m處，沖洗液消耗量從0.3 m3/h突增至1.7 m3/h；向下消耗量大幅度增加，至208 m孔內(nèi)沖洗液循環(huán)中斷。提鉆后水位下降較快，由6.4 m陡降至24 m，下降幅度逐漸加大，至孔深208 m以下水位已下降至86 m；至212 m孔內(nèi)水完全漏失，測不到水位。注水試驗顯示漏失量加大，加大泵量孔內(nèi)水位亦不能返至孔口，漏失量已達到最大額定泵量25 m3/h，即停止注水試驗。種種現(xiàn)象顯示鉆孔已聯(lián)通下部開采導水裂縫帶。

④220～304 m3#煤層頂板，采用無芯鉆進。鉆進過程中沖洗液不循環(huán)，能感覺到明顯卡鉆現(xiàn)象，孔內(nèi)吸風現(xiàn)象較為明顯，局部有掉鉆情況發(fā)生（3～5 cm）；鉆進至孔深272 m，發(fā)生一次大幅度掉鉆情況，掉幅度約30 cm，預(yù)測進入垮落帶范圍。

（2）D2號鉆孔

①D2下套管深度18 m，實測風化帶含水層水位標高為+2.40 m?？咨?8～40 m層段為基巖風化帶取芯鉆進?？咨?0～170 m層段，其中40～105 m為無芯鉆進，鉆進過程孔內(nèi)沖洗液循環(huán)正常，約為0.01～0.03 m3/m，消耗量非常小，觀測提鉆后水位為2.4～5.3 m；105～170 m取芯鉆進，鉆進過程中沖洗液循環(huán)正常，消耗量有所增加，達到0.1～0.5 m3/m，變化幅度較大，提鉆后水位下降較大，孔內(nèi)水位在6.5～8 m之間波動。該層段下部注水試驗顯示漏失量較小，約為0.1～1.8 m3/h。

②170～200 m 進尺區(qū)間，取芯鉆進，沖洗液消耗量有所增大，一般為0.3～0.6 m3/m，且沖洗液循環(huán)正常，孔內(nèi)正常返漿；提鉆后孔內(nèi)水位下降趨勢較為明顯，一般集中在10～15 m，來回波動；注水試驗顯示漏失量不大，將孔內(nèi)水位灌注至孔口位置，維持注水漏失平衡量為0.6～2.5 m3/h。

③200～220 m層段，沖洗液消耗量明顯增加，達到1.5 m3/m，孔內(nèi)返漿量明顯減小。在孔深202.4 m時，沖洗液漏失量達到4.6 m3/m，沖洗液循環(huán)時斷時續(xù)；至205 m孔內(nèi)沖洗液循環(huán)中斷，孔內(nèi)不再返漿?？咨?02 m處提鉆后水位下降較快，由14.8 m陡降至42.5 m，下降幅度非常大；至孔深205 m，水位已下降至106 m；至213.6 m孔內(nèi)水完全漏失，測不到水位。注水試驗顯示漏失量加大，由1.9 m3/h 陡增至8 m3/h，加大泵量孔內(nèi)水位尚不能返至孔口；216 m處注水漏失量已達到最大額定泵量25 m3/h，測不到孔內(nèi)留存水位，即停止注水試驗。

④220～304.8 m3#煤層頂板，采用無芯鉆進。鉆進過程中沖洗液一直不循環(huán)，存在明顯卡鉆現(xiàn)象，且孔內(nèi)有吸風現(xiàn)象。至孔深281 m發(fā)生一次大幅度掉鉆現(xiàn)象，圍巖冒落嚴重。

3.2 水文觀測結(jié)果

根據(jù)D1和D2兩個鉆孔在鉆進過程中簡易水文觀測結(jié)果，繪制得到D1和D2兩個鉆孔的鉆孔深度與沖洗液消耗量、水位和注水量等水文參數(shù)的變化曲線圖（見圖2、圖3），以掌握水文參數(shù)隨孔深不斷向煤層采空區(qū)接近變化情況，以此確定不同層位巖層破壞和裂隙發(fā)育情況。

圖2 D1號鉆孔深度與水文參數(shù)變化曲線

圖3 D2號鉆孔深度與水文參數(shù)變化曲線

3.3 兩帶高度實測結(jié)果

通過兩個鉆孔的沖洗液消耗量，水位和注水量等水文數(shù)據(jù)進行分析可得：

（1）D1號孔導水裂縫帶發(fā)育頂點孔深為192.38 m，垮落帶頂點孔深為272 m；結(jié)合D1鉆孔及其所在位置煤巖層相關(guān)參數(shù)，考慮孔口地表下沉影響，得到裂縫帶和冒落帶高度分別為111.62 m和32 m，見圖4（a）。

（2）D2號孔導水裂縫帶發(fā)育頂點孔深為199.27 m，垮落帶頂點孔深為281 m；結(jié)合D1鉆孔及其所在位置煤巖層相關(guān)參數(shù)，考慮孔口地表下沉影響，得到裂縫帶和冒落帶高度分別為105.53 m和23.8 m，見圖4（b）。

表2 回采工作面“兩帶”高度觀測綜合成果

圖4 覆巖破壞形態(tài)

通過對D1和D2兩個綜放覆巖破壞觀測孔水文觀測數(shù)據(jù)的綜合分析，得到特定開采技術(shù)條件下兩帶發(fā)育規(guī)律。3108綜放工作面導水裂縫帶發(fā)育高度為頂板以上105.53～111.62 m，垮落帶高度為頂板以上23.8～32 m，裂采比為19.18～19.42，冒采比為4.33～5.52，見表1。

4 結(jié)語

根據(jù)3112回采工作面地質(zhì)情況，選擇鄰近條件相近的3108工作面，采用鉆探法對綜放工作面裂隙帶和冒落帶高度進行了實測。通過上下鉆動水位、沖洗液消耗量及相關(guān)層段的注水試驗結(jié)果綜合分析，得到大平煤業(yè)3108綜放工作面導水裂縫帶發(fā)育高度為頂板以上105.53～111.62 m，垮落帶高度為頂板以上23.8～32 m，裂采比為19.18～19.42，冒采比為4.33～5.52。為大平煤業(yè)3112工作面在濁漳河下采煤提供了數(shù)據(jù)參考。