劉河煤礦13采區二2煤頂板覆巖破壞高度的研究

張紅乾　郭偉瑋　李成生

摘要：為指導13021回采上限工作面的安全回采，需要在同采區相鄰工作面13031工作面開采過程中，采用覆巖破壞探測手段實測覆巖破壞規律。選用拉壓應力傳感器進行覆巖破壞高度的測試工作。設置了T1、T2、T3三個觀測孔。13031工作面在采高3.3m情況下垮落帶高度最大不超過15.9m。

關鍵詞：13031覆巖破壞高度；測試工作

河南神火集團有限公司劉河煤礦，行政區隸屬河南省商丘市永城市劉河鄉。劉河井田面積6.5km2，礦井地質儲量2268萬t，可采儲量1121萬t。主采煤層二2煤，平均厚度2.67m，設計生產能力為30萬t/a，（現擴建到年產45萬t/a），服務年限為26.7a（擴建后15年），礦井于2004年8月開工建設，2006年12月建成投產。劉河井田位于黃淮沖積平原中部，井田為新生界所掩蓋，地表地勢平坦，海拔32～36m。

13采區位于劉河煤礦西部，二2煤層露頭帶從北向南延伸，煤層覆巖厚度薄，形成新近系含水層下壓煤；為安全回收煤層露頭處部分煤炭資源，獲得二2煤頂板覆巖破壞高度準確數據，提出在13031工作面研究獲得相關數據，以便指導13021工作面二2煤提高開采上限的研究。

在劉河煤礦13031工作面覆巖破壞測試工作中，首先采用了傳統的分段壓水試驗發測試覆巖破壞高度。

1 測試孔位置的確定

在13031工作面開采過程中，采用覆巖破壞探測手段實測覆巖破壞規律。探測鉆場的位置選擇在13031風巷距切眼165m左右位置，在鉆場內施工3個仰斜孔，角度分別為30°、40°、50°對應孔深為74m、88m、111m。鉆孔方位與13031風巷夾角為10°偏向工作面。探測鉆場位置如圖1所示。

2 覆巖破壞探測點的布置

選用拉壓應力傳感器進行覆巖破壞高度的測試工作。根據不同布設位置拉壓應力傳感器測試數據的變化情況進行分析開采過程中覆巖破壞高度的發育情況在T3孔布設5個測試傳感器，T2孔布設9個，T1孔布設7個，傳感器間距按照測試精度±2m布置，最小垂直距離為2m，每個傳感器為一個觀測節點，所有節點組成一個高密度觀測網，各相鄰節點測試結果可以相互驗證和分析覆巖變形破壞的時間進程。具體情況如圖2所示。

各探測孔中傳感器在仰孔掃孔后由推桿送入鉆內指定位置。在傳感器送入至指定位置后采用水泥黃土漿封孔，將傳感器固定在孔內設定的位置。

3 測試工作的安排及測試結果

安裝結束后檢測結果顯示，21個傳感器中除T1孔（30°）序號1測試點傳感器受損外，其它20個傳感器可正常測試。隨后的測試工作分為三個階段：第一階段為背景值測試，在水泥黃土漿液固結25天后對背景值進行測試，此時回采位置據測試鉆場81m；第二階段測試，在13031工作面回采過程中，劉河礦對井下巷道進行檢修，導致13031工作面停采26天，在恢復回采時，對傳感器進行第二次背景值測試，此時回采位置距離鉆場77.5m；第三階段為連續測試階段，當回采線距鉆場57m，開始第三階段測試工作，由于回采線距鉆場位置較近，此時煤層開采以后引起測試點位置覆巖移動變形情況逐漸明顯，傳感器讀數變化較大。該階段采集數據的間隔由疏到密，最后每天1～2班下井采集數據，共連續測試采集15次，測點在開采影響下大部分遭受破壞，數據采集完畢。各測點位置如表1-1所示。各階段拉壓應力變化與回采線距鉆場距離關系如圖3-1～3-3所示。

在13031工作面井下對覆巖破壞高度進行的實際觀測，具體結果分析如下：

在監測過程中T1孔測點損壞較多，T2、T3孔較為完整，且數據變化較為清晰。由T2孔可以看出，在數據變化趨勢上測點3的變化較為明顯，推斷覆巖垮落帶高度應在該點之下，即不大于15.9m。

由T3孔各測點數據變化趨勢看，T3孔測點2變化幅度不太大（變化值小于100），測點1的變化較為明顯，推斷覆巖垮落帶發育高度應在測點1之下，即不大于18.8m。

以上13031面的數據和實采經驗可以判別，13031工作面在采高3.3m情況下垮落帶高度最大不超過15.9m，相鄰的13021工作面在采高3.3m情況下，覆巖垮落帶發育高度在15.9m～18.8m以下。根據薄覆巖下開采經驗類比，垮落帶高度約為開采厚度的3.3～5.4倍。

13031工作面覆巖破壞觀測經驗，采厚3.3m左右覆巖垮落帶高度在15.9m，垮落帶采厚比為4.82。考慮到煤層厚度變化，將開采厚度1.0m～3.0m覆巖垮落帶范圍預計如表2。

根據3表及規程公式計算的結果小于其他三種方法分析的結果。根據以上計算結果和本礦區的實際開采經驗，選取覆巖垮落帶最大高度為最終確定值，即在13021工作面一次采全高為2.7m時上覆巖層垮落帶高度為16.10 m。

5 結語

通過對13031工作面頂板覆巖破壞高度的研究，首次獲得了劉河煤礦二2板頂板覆巖破壞高度的精確數據，對研究防治礦井頂板水有重有指導意義。13031工作面實際已經安全回采完畢，據此研究成果指導13021工作面，科學留設了頂板的防砂煤柱，現已經安全回采完畢。實現了劉河礦首個提高上限工作面安全回采，取得了較好的安全效益和經濟效益，多回收煤炭25萬噸，獲得利潤4500萬元。

作者簡介： 張紅乾（1984～）男，河南商丘人，助理工程師，主要從事井下采礦管理工作。