经过多年的开采,新安煤业有限公司3#煤采场大都位于-600m水平及以下,随着采深的增加、采区的变化,矿压增大、煤层上覆岩层厚度、岩性性质、力学性质都在变化,原来的浅部“两带”数据已经不能满足防治水需要。为了更好的指导3#煤层深部开采的防治水工作,需要对3#煤层开采顶板覆岩“两带”发育高度重新进行实测。根据需求和现有工作面条件,将3#煤层开采顶板覆岩“两带”发育高度探测布置在3405工作面材料巷。
1.工程概况
3405工作面位于34采区北翼,开采3#煤层,工作面平均煤厚9.0m。工作面材料巷长545.5m,运输巷长505.2m,走向长平均523.9m,倾斜长211.8～263.0m。
2.现场施工技术方法
本研究直接在工作面的某一巷道内顶板岩层施工一组观测钻孔,在钻孔内布置成套测试电极系统,采用并行电法动态测试技术进行现场测试,井下施工工艺简单、成本较低。现场根据工作面回采进度进行数据的定期不间断采集,可获得顶板覆岩破坏的动态情况,以顶板岩层视电阻率等属性变化为研究对象,分别进行数据反演、成像和解释,从而获得煤层顶板“两带”随工作面推进的变化过程和趋势,所获得的结果是通过动态多次测试对比完成,其结果方便可靠,且对煤矿安全高效生产具有重要的指导价值。
(1)测试地段选取要求
为了获得最佳的测试条件,本次观测系统选择在无构造的正常煤厚段。除了考虑地质条件外,现场探测系统距离切眼的位置也要控制好。现场所有探测设备安装完毕后,要保证切眼到终孔的水平距离大于煤层开采所造成的超前影响距离,这样观测系统可以捕捉到较完整的顶板破坏监测数据。
(2)钻孔位置与施工
根据工作面顶板覆岩破坏特征将监测钻孔布置在3405工作面材料巷中,钻孔位置为C8点往里18m处,距离回采工作面136m。共布置一组钻孔,该组钻孔共设计长孔和短孔各一个。钻孔按照设计施工完成后,在矿地测人员及钻机人员的配合下,分别对两个钻孔进行了钻孔测斜,确定钻孔参数与设计基本相符后,将钻孔安装所需设备、材料运到钻场。按设计施工要求,将电极电缆送入钻孔,并按设计要求指导钻机人员进行钻孔注浆,直到钻孔返浆为止,满足电极耦合要求。3405工作面“两带”观测钻孔布置平面图如图1所示。
(3)钻孔参数
钻孔施工后经实际测斜获取实际钻孔参数。钻孔详细参数见表1所示,钻孔参数基本达到原设计参数要求。
(4)钻孔施工程序
①“两带”观测钻孔系统安装材料:
A.PVC给水管100根(每根2m,用于将电法观测大线送入钻孔内和注浆封孔时返浆);
B.电法观测大线(共3根,长孔共2根,每根32个电极,电极极距2m;短孔1根,共32个电极,电极极距2m);
C.胶带、铜线若干(胶带用于将电法大线固定在PVC管外壁上,铜线用于将电极与钻孔内壁耦合);
D.水泥(用于封堵钻孔内裂隙和安装完毕后封孔)。
②观测钻孔施工完毕后,采用YZG12型矿用钻孔轨迹仪对观测钻孔进行测斜,测量观测钻孔的倾角、方位角以及孔深,并检测孔内裂隙情况。
③将观测系统的材料运送井下进行系统安装。系统安装时用胶带将PVC管和电法大线固定住,用铜线将电极与PVC管固定并与钻孔内壁接触,依次将三根电法大线送入观测孔孔内。观测孔长孔共安装63个电极,电极距2m;观测孔短孔共安装32个电极,电极距2m。安装完毕后对钻孔进行注浆封孔,以此来满足电极耦合要求,至此3405工作面“两带”观测系统安装圆满成功。
(5)钻孔电极系统参数
实际施工的钻孔观测系统及地质剖面图如图2所示,钻孔岩性参照3405工作面综合柱状图岩性。以材料巷顶板孔口位置为坐标0点,垂直材料巷指向顶板上方为Y轴正向,沿长孔测线在煤层顶板投影指向切眼方向为X横正向。
3.电法探测“两带”结果分析
(1)观测孔电阻率反演给出的垮落带的高度为巷道顶板上方33m，钻孔电极电流比值成像结果中垮落带的高度为巷道顶板上方32m。观测孔附近巷道顶板上方34m左右位置处为细砂岩与泥质砂岩分界面，因此垮落带的高度确定为巷道顶板上方33m。(2)观测孔电阻率反演给出的导水裂缝带的高度为巷道顶板上方84m，钻孔电极电流比值成像结果中导水裂缝带的高度为巷道顶板上方85m。观测孔附近巷道顶板上方66m以上区域为粉砂岩层位，导水裂缝带的高度确定为巷道顶板上方85m，位于粉砂岩层位中。(3)在本次3405工作面材料巷顶板“两带”观测段，巷高平均为3.5m，顶煤平均厚度为5.3m，而钻孔布置于巷道顶板，因此实际“两带”发育高度等于巷道顶板上方实测“两带”高度减去顶板煤厚。综上分析，对于本次3405工作面3煤顶板覆岩破坏“两带”发育高度的探测，探测结果为：垮落带高度为27.7m，在细砂岩与泥质砂岩分界面附近;导水裂缝带高度为79.7m，位于粉砂岩层位中。本次测线观测区域内平均采高为7.6m。因此，垮高/采厚比为3.6，裂高/采厚比为10.5。
4.结论
(1)3405工作面顶板“两带”观测段平均采高7.6m,顶板主要以细砂岩和粉砂岩为主,覆岩为中硬型,通过视电阻率结果和电流比值结果得出垮落带高度为27.7m,在细砂岩与泥质砂岩分界面附近;导水裂缝带高度为79.7m,位于粉砂岩层位中。垮高/采厚比为3.6,裂高/采厚比为10.5。
(2)3405工作面顶板“两带”观测段3煤层采动应力超前影响距最大为63.9m。
摘要：为掌握新安矿34采区3煤层顶板覆岩“两带”发育情况,结合开采需要和现有工作面条件,确定在3405工作面材料巷采用并行电法动态测试技术进行现场测试,获得覆岩变形与破坏“两带”高度及其变化形态。结果表明:通过视电阻率和电流比值得出垮落带高度为27.7m,导水裂缝带高度为79.7m;垮高/采厚比为3.6,裂高/采厚比为10.5;为以后同类覆岩条件下煤层开采顶板“两带”高度预计及露头防(隔)水煤岩柱留设提供依据。
关键词：深部采区,并行电法动态测试,“两带”高度
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