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1、 文家坡煤矿4101采空区覆岩层“两带”高度综合判定 【关键词】采空区覆岩层；“两带”高度；综合判定；冲洗液漏失量观测；钻孔电视观测；钻孔测井观测为准确探查煤层采空区覆岩层“两带”对矿井安全开采的影响程度，以便采取合理有效的防治水技术措施，有必要开展“两带”观测孔施工和观测技术研究工作。本文以彬长矿区文家坡煤矿4101首采面为例，运用多种技术手段，对综采工作面采空区覆岩层“两带”形态进行观测，确定了该矿的“两带”发育高度数值。1地质概况彬长矿业公司文家坡煤矿设计生产能力600万t/a。2016年8月开始试运行。4101为首采工作面，工作面宽240m，走向长2800m，走向长壁综采一次采全高，全
2、部垮落法管理顶板。开采侏罗纪中统延安组第一段的4号煤层，采高4m，平均倾角3。4号煤层直接顶板为细粒砂岩、泥岩，厚度2.018.0m；基本顶为细粒砂岩、粗粒砂岩，厚度8.918.8m，平均厚度14.2m，为含水层；其上为延安组第三段，岩性主要为细砂岩、泥岩，厚度37.1261.58m，平均厚度47.77m，为隔水层；再往上为直罗组砂岩裂隙承压含水层，厚度11.2831.67m，平均厚度20.2m。总之，4号煤层采空区覆岩裂隙发育，较风化，抗水浸能力差，强度较低，坚固性较差，随采易冒落，抗压强度小的岩体。资料显示，4101面正常涌水量184.87m3/h，最大涌水量500m3/h。涌水量出现呈现
3、随着工作面推进距离的增大而涌水量增加的特征。涌水的主要原因可能主要是导水裂隙带导通采空区上覆岩层含水层所致。所以，对“两带”高度的探测十分重要，也为工作面水害防治提供实测依据。2“两带”高度探测方法为了准确实测“两带”高度，采用了地表施工钻孔的手段，运用钻孔冲洗液漏失量观测法、钻孔电视观测法和钻孔测井法3种方法进行实测。2.1钻孔冲洗液漏失量观测法钻孔冲洗液漏失量观测方法采用测定钻孔施工中的钻孔冲洗液漏失量、水位、钻进速度、卡钻、掉钻、钻孔吸风、岩芯破碎及地质描述等资料来判定冒落带和导水裂缝带高度及其破坏特征的一种最传统的方法。施工钻孔1个。钻机型号TXJ-1600，250/60泥浆泵。钻进至
4、392.87m孔漏，后采用清水循环液；至524.28m时，采用165mm钻头扩孔至524.28m，下入127mm套管524.48m采用42.5水泥固井；至392.87m冲洗液全部漏失，判断该处异常为洛河组含水层原始裂隙发育所导致。施工至513.02m埋深时，钻井冲洗液消耗量突变增大，水位发生突变。根据钻孔孔内水位随钻孔深度变化曲线和施工记录中看出：施工在0m至392.87m段时，孔内水位保持较慢变深趋势；自392.87m深开始孔内水位一度突降，循环液全部漏失，水位无法测量；钻至524.28m扩孔下127mm止水套管，测井测量水位263.6m；至665.22667.43m时，钻机负荷增大、卡钻等
5、，上提钻具，此现象解除，判断已进入冒落带内。2.2钻孔电视观测法钻孔电视窥视观测法是将自带光源的防水摄像探头放入钻孔中，对钻孔中地质体的各种特征及细微变化实时观测、监控和记录的一种方法。1.钻进至宜君砾岩后，进行电视窥视。从影像看，孔深302.95311.30m，洛河组砂岩裂隙发育，裂隙厚度1.5m左右，裂隙内出水较大。判定洛河组裂隙较发育，并伴有大量出水层，孔内水平和垂直裂隙发育。2.钻至667.43米时，再次进行窥视，水位深度为329.65米，地层采动垮落特征明显，孔径扩大，直罗组、延安组水平、垂直裂隙尤其发育。2.3钻孔测井观测钻孔测井法是对全孔测井曲线进行综合分析，确定每个阶段的钻孔水
6、位、钻孔地层柱状，分析钻孔裂隙分布情况。本次运用声速测井中的声波传播速度来了解岩体的物理力学性能，再利用声速测井中的声波传播速度在采动前后的衰减变化及其特点来解释导水裂隙带的位置。3“两带”高度综合观测结果的判定3.1钻孔冲洗液漏失量观测结果判定通过实测的钻孔冲洗液漏失量观测记录并结合施工时的异常现象，判定导水裂缝带的顶点部位是513.02m处。4煤层顶板距孔口垂深为691.72m。通过下列行业标准公式计算，导水裂缝带高度为Hd=HhW=691.72513.020.23.80公式中，Hd为导水裂缝带最大高度（m）；H为煤层顶板距离孔口垂深（m）；h为导水裂缝带顶点距离孔口垂深（m）；W为打钻观
7、测时裂缝带岩层的压缩值（m），即W=0.20.23.80=0.76m。判定该孔导水裂缝带高度为179.46m。3.2钻孔彩色电视观测结果判定依据岩芯的完整性、裂隙的发育情况、工作面采动影响和离层现象等特征，判定导水裂缝带顶点部位为孔深628.12m处，垮落带顶点部位为665.22m处。4煤层底板距孔口垂深为695.52m，煤厚3.80m。所以，根据公式（1）导水裂缝带高度为64.36m。公式（1）：HL=HMhLWHL：导水裂缝带最大高度（m）；H：煤层底板距离孔口垂深（m）；M：采厚（m）；hL：为裂缝带顶点距孔口垂深（m）；W=0.76m。依据公式（2），垮落带高度计算为27.26m。公式
8、（2）：HK=HMhKWhK：垮落带顶点距孔口垂深，665.22m。3.3钻孔测井观测结果判定通过测井记录和测井曲线综合分析，测井解释了地质剖面和裂隙发育分布情况。受采空区影响，导水裂隙发育的顶面深度为485.45米，垮落带顶板深度为652.35。4煤层顶板距离孔口垂深694.35米，煤层采厚3.80米。经计算，导水裂缝带高度为裂采比为209.66m，垮落带高度为42.76m。3.4“两带”高度的确定由于钻孔测井受到孔内条件影响的限制，在进行“两带”高度确定时只将其作为辅助依据，而将钻孔冲洗液漏失量结果作为主要评判根据，最终“两带”高度确定的判断依据是彩色电视观测结果。通过对文家坡煤矿4101
9、面采空区覆岩层“两带”高度探测结果的分析和判定，确定导水裂缝带高度和垮落带高度分别为64.36m和27.26m，裂采比和垮采比分别为16.94和7.17倍。4结论综上所述判定，钻孔电视探测法是最佳的探测方法。由于钻孔测井主要是通过井径、声波曲线划分裂隙和冒落带，不能区分垂直裂隙和水平裂隙；有时钻孔孔径扩大，会被误划成裂隙，受限性很大。而钻孔冲洗液漏失量观测法只能间接判断钻孔裂隙位置，有时受含水层水位影响，容易出现误判，消耗量计算较麻烦，而且深度控制不是很精确，但作为一种传统的研究方法，还是具有一定的有效性和参考性。最终确定文家坡煤矿4101面采空区覆岩层导水裂缝带高度和垮落带高度分别为64.36m和27.26m，裂采比和垮采比分别为16.94和7.17倍。根据矿井地质资料及开采情况显示，文家坡井田造成突水的水源主要是裂隙孔隙的承压含水层水，顶板导水裂缝带是矿井充水的主要通道。因此，本文的研究对文家坡煤矿防治水灾具有科学的指导作用，更好地为矿井生产安全提供服务。参考文献：1许延春，等.综放开采覆岩“两带”高度的计算公式及适用性分析J.煤矿开采，2011,16（2）：4-7.2国家煤炭工业局.建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程S.北京：煤炭工业出版社，2000. -全文完-
