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1、龙矿集团北皂海域 采场覆岩导水裂隙带高度观测研究,中 国 矿 业 大 学 (北京) 龙 矿 (集 团) 公 司 二九年九月,高 延 法,目 录 前言 第一章 井下仰斜钻孔导高观测原理与方法 第二章 北皂煤矿海域H2101面采场覆岩导高观测2.1 H2101工作面概况2.2 H2101工作面覆岩导水裂隙带高度观测方案2.3 H2101工作面导高观测成果2.4 H2101工作面导高观测成果综合分析 第三章 北皂煤矿海域H2106面导水裂隙高度观测3.1 H2106面工作面概况3.2 H2106工作面覆岩导水裂隙带高度观测方案3.3 H2106工作面导高观测成果3.4 H2106工作面导高观测成果综
2、合分析 第四章 软岩地层覆岩导水裂隙带发育规律分析4.1 采场覆岩导水裂隙发育的一般规律4.2 导水裂隙带内岩层裂隙发育特征 第五章 主要结论,北皂海域采场覆岩导水裂隙带高度观测，是“十一五”国家科技支撑计划项目“煤炭资源高效采选关键技术与装备研发”（2006BAB16B00）中课题4“大型水体下安全开采关键技术” （2006BAB16B04）的一个子课题。为了获得准确的海域导高上限数据，分别在H2101工作面的正常顶板和H2106工作面的断层带区域进行了现场导高观测，两个采煤工作面分别布置了两个、三个观测观测剖面，每观测剖面都采用不同角度的多个钻孔观测，保证观测结果的可靠性。,前 言,第一章
3、 井下仰斜钻孔导高观测原理与方法,一井下仰斜钻孔导高观测方法概述,在工作面周边，向采空区上方的覆岩导水裂隙带内打仰斜钻孔，采用双端堵水器观测导高 ，与传统的地面打钻孔，采用钻孔冲洗液消耗量观测法相比，该方法工程量小，成本低，精度高，简单易行 。,二井下仰斜钻孔导高观测仪结构,整个观测仪器由三部分组成：双端堵水器、连接管路、控制台,三井下仰斜钻孔导高观测方法,（1）仰斜钻孔穿过导水裂隙带 （2）使用双端堵水器测试各段岩层的透水性 （3）双端堵水器的控制与岩层透水性观测,四观测仪器的改进, 控制台增加了两对过滤器，避免了仪表的堵塞损坏； 起胀胶管使用了高强度的钢编管，避免了拉断、磨断和挤裂； 所有
4、接头都使用了O型圈和标准件，保证了水和气两套系统不泄漏； 一对起胀胶囊之间，使用了外连接方式，结构大为简化、性能更加可靠； 采用了优质高强度胶囊保障了在额定起胀压力下不会破裂。,专利名称：井下导高观测仪新型探头 专利号：ZL 2008 2 0078840.X,第二章 北皂煤矿海域H2101面采场覆岩导高观测,2.1 H2101工作面概况,H2101面位于海域扩大区-350m水平； H2101面走向长度430m左右，倾斜长度150m； 开采煤层煤2层，煤层平均厚度4.5m，倾角04.6； 工作面上方海域内有养殖区，海水深度35.5m； 第四系底界标高为-126.5-131.5m； 煤2层顶板上距
5、第四系地层底界距离为227236.9m， 工作面煤层标高-355-371.4m。,2.2 H2101面覆岩导水裂隙带高度观测方案,一导高预计,导高上限：H导上=10M=103.6=36 (m) 导高下限：H导下=6M=63.6=21.6 (m) 冒 高：H冒=3M=33.6=10.8（m）,二观测位置的选择与观测钻孔布置,海域煤2顶板含油泥岩十分破碎，钻孔打出后，会从孔中向外滚落破碎矸石，无法成孔。为了保障导高钻孔的能够成孔而且如期完成，开掘了一条观测巷道进入到含油泥岩的上部煤1油2层位内。,H2101工作面钻孔布置平面图,导高观测剖面图A,导高观测剖面图B,H2101工作面两带高度观测剖面A
6、钻孔要素表,H2101工作面两带高度观测剖面B钻孔要素表,四观测时间,导高合理的观测时间主要与覆岩岩性、开采厚度有关。时间过短，覆岩变形尚未稳定，观测时钻孔容易变 形，卡住探头。时间过长，覆岩会逐渐压实，导高会降低。H2101面的采厚为3.6m，覆岩覆岩软弱，岩层移动速度比较快，所以采后1020天观测导高是最佳时机。,三 、打孔顺序 在工作面推采至距停采线距离60m之前，打出采前观测孔； 采后孔的施工顺序是1号孔、2号孔、3号孔； 4号孔，根据需要再研究是否施工； 5号孔是冒落带高度观测孔。,2.3 H2101工作面导高观测成果,H2101工作面施工观测钻孔19个。其中：采前对比孔5个，采后的
7、导高观测孔14个。钻孔的施工与观测分为三个阶段第一阶段，是在原来的外测观测钻窝施工了3个采前对比孔：外A1孔、外B1孔和外A2孔。第二阶段，在外侧观测钻窝施工了2个采前对比孔：外A3孔和内B2孔。外A3孔和内B2孔距H2101工作面停采线的水平距离越38米，分析认为不会受到开采影响。第三阶段，在距停采线11米处的内侧观测钻窝，施工了14个导高观测钻孔，详见H2101工作面导高观测钻孔施工与观测时间表。,H2101工作面导高观测钻孔施工与观测时间表,一H2101工作面采前对比孔观测成果,1、外A1采前对比孔观测成果A1孔的单位长度最大渗流量为7L/min，一般小于5或者为0，这说明岩层的原始裂隙
8、不发育。,钻孔：L=42.6m，=21.5o； 观测时间6月8日； 起胀压力0.3MPa； 孔内注水压力0.1MPa。,2、外A2采前对比孔观测成果外A2采前对比孔的完整性很差，观测过程中多数位置封闭不住，多数点的观测结果无效。在有效的几个观测数据中，最大的注水量为12L/min。最大值在最靠近孔口处，有可能受巷道围岩变形的影响。,钻孔: L=38m，=25o； 观测时间6月12日； 起胀压力0.3MPa； 孔内注水压力0.1MPa。,3、外A3采前对比孔观测成果外A3孔是俯斜观测钻孔，观测成果表明：煤2顶板岩层的渗透性最大的单位注水量为9L/min，其他点小于6L/min。最大值在最靠近孔口
9、处，有可能受巷道围岩变形的影响。钻孔不够完整，有三处漏水。,钻孔：=30，L=32.7m； 观测时间8月11日； 起胀压力0.26MPa； 孔内注水压力0.1MPa。,4、外B1采前对比孔观测成果 B1孔的单位长度最大渗流量为3L/min，一般小于2或者为0，这也说明岩层的原始裂隙不是太发育。这主要地层比较软弱，遇水膨胀，所以原始裂隙较少。,钻孔: L=36m，=21.5o； 观测时间6月10日； 起胀压力0.3MPa； 孔内注水压力0.1MPa。,5、 外B2采前对比孔观测成果 外B2采前对比孔观测成果表明，岩层的最大渗流量为8L/min。,钻孔: L=10m，=30o，； 观测时间8月12
10、日； 起胀压力0.3MPa； 孔内注水压力0.1MPa。,6、采前对比孔观测成果总结 5个采前对比孔，测点总数为70个，漏水点共14个，有效测点数为56个，注水量0值点18个，0值占有效测试点的32。 岩层的原始渗透性较小，除去最靠近孔口的点外，最大注水量只有8L/min，而且绝大多数小于6 L/min，而且渗流段较少。这说明岩层的原始连通型裂隙的不发育，这是软岩性质决定的。 外A1、外A2、外A3、外B1和外B2等三个采前对比孔，都是在外侧钻窝，采后导高观测孔都是在内侧钻窝，所以不能每个钻孔作具体的采前与采后对比。另一方面，岩层原始渗流量，反映了岩层的原始连通型裂隙的发育程度，即使是同一层位
11、，不同层面位置岩层的裂隙发育程度也有较大差异，也不是可以简单对比的。,二H2101工作面导高观测孔观测成果,导水裂隙带上限 的判断标准： 1导水裂隙带范围内，一般注水量大于6 L/min，而且连续多个有较大的注水量。 2导水裂隙带范围外，一般注水量小于6 L/min，而且有注水量的点不连续，出现较多的0值。,钻孔：L=38m,= 20； 观测时间8月23日； 起胀压力0.3MPa； 孔内注水压力0.1MPa。,1、A1导高观测孔的观测成果 A1孔在观测过程中，封堵效果较差，不宜以此为依据判断导高上限。但是可以判断导水裂隙带高度不低于如下导高值：即A1钻孔孔深27.5m处，该处的静压（静水压力）
12、为0.06MPa，相当于6m高。观测巷钻窝位置的巷道底板相对煤层2的高度是24m。所以有导高值： H(A1)24+6=30(m),（二）A2导高观测孔的观测成果A2孔在孔深41.5m到孔深49.5m这一段，渗流量要么是0，要么仅仅是2、3L/min，量很小属于不导水。所以A2孔的导水上限是孔深41.5m，对应的静压值是0.06MPa，相当于6m高。观测巷钻窝位置的巷道底板相对煤层2的高度是24m。因此，由A2孔判断出的导高上限是: H(A2)=24+6=30(m),钻孔: L=50m,=10；观测时间8月24日 起胀压力0.3MPa，孔内注水压力0.1MPa，控制台控制水压静压0.1MPa,A
13、2采后孔观测成果图,（三）A3导高观测孔的观测成果A3孔是俯斜钻孔，钻孔全长处在导水裂隙带之内，共22个测点，其中注水量在大于6 L/min的有16个，占72.7%，最大渗流量为16L/min。这说明导水裂隙带内裂隙发育。同时也说明：针对北皂海域地层，以6 L/min为判断标准是有观测依据的。,A3采后孔观测成果表,钻孔: L=35m,=5；观测时间8月25日 起胀压力0.3MPa，孔内注水压力0.1MPa，控制台控制水压静压0.1MP,A3采后孔观测成果图,（四）A4导高观测孔的观测成果A4孔也是全长处在导水裂隙带之内，最大渗流量为14L/min。测点总数是22个，其中注水量大于6 L/mi
14、n的是20个，占90.9%。,A4采后孔观测成果表,钻孔:L=34.5m,=15；观测时间8月26日 起胀压力0.3MPa，孔内注水压力0.1MPa，控制台控制水压静压0.1MP,A4采后孔观测成果图,（五）A5导高观测孔的观测成果 A5孔同样是全长处在导水裂隙带之内，最大渗流量为11.5L/min。,A5采后孔观测成果表,钻孔: L=35m,=30; 观测时间8月28日 起胀压力0.3MPa，孔内注水压力0.1MPa，控制台控制水压静压0.1MP,A5采后孔观测成果图,（六）A6导高观测孔的观测成果A6孔同样是全长处在导水裂隙带之内，最大渗流量为13.5L/min。但是从孔深18m 到孔底3
15、4.5m深的范围内，钻孔不漏水，情况比较特殊。,A6采后孔观测成果表,钻孔:L=35m,=5; 观测时间8月28日 起胀压力0.3MPa，孔内注水压力0.1MPa，控制台控制水压静压0.1MP,A6采后孔观测成果图,（七）A7导高观测孔的观测成果A7孔所显示的导水裂隙带上限最清晰：在孔深32m到孔深46m这一段，渗流量几乎全是0。所以A7孔的导水上限是孔深32m，对应的静压值是0.05MPa，相当于5m高。观测巷钻窝位置的巷道底板相对煤层2的高度是24m。因此，由A7孔判断出的导高上限是:H(A7)=24+5=29(m),A7采后孔观测成果表,钻孔: L=60m,=15; 观测时间8月31日
16、起胀压力0.3MPa，孔内注水压力0.1MPa，控制台控制水压静压0.1MP,A7采后孔观测成果图,（八）A8导高观测孔的观测成果A8孔所测出的岩层导水性能较弱，整条钻孔的渗流点很少，渗流量也较小。A8孔共有25个测点，有注水量的只有9个点，仅占36%。注水量最大也只有4L/min。与其他观测钻孔相比，该孔观测结果特殊。所以该孔无法判断导水裂隙带上限。,A8（A2第二次观测）采后孔观测成果表,钻孔: L=50m,=10; 观测时间8月29日 起胀压力0.3MPa，孔内注水压力0.1MPa，控制台控制水压静压0.1MP,A8（A2第二次观测）采后孔观测成果图,（九）B1导高观测孔的观测成果B1孔所显示的覆岩的导水性能较为复杂，在孔深32.5m到孔深37m这一段有渗流，其相对观测钻孔孔口的高度为10.512m。 而在孔深17.531m这段13.5m的岩层共有10个测点，其中5个测点的渗流量为0，另5个渗流值也很小，只有2.51.5L/min，这段岩层相当于不导水。综合考虑上述矛盾着的两方面，在孔深32.5m到孔深37m这一段的渗流很可能是局部发育的原生裂隙渗流。所以B1孔的导水上限是孔深17.5m处，对应的静压值是0.06MPa，相当于6m高。观测巷钻窝位置的巷道底板相对煤层2的高度是24m。因此，由B1孔判断出的导高上限是: H(B1)=24+6=30(m),
