王家嶺礦綜放工作面覆巖“三帶”實測

李建森

摘 要：為了掌握王家嶺礦綜放工作面覆巖“三帶”的分布規律，通過地面觀測孔與井下觀測孔相結合的觀測方法實測了覆巖“三帶”的高度，總結了觀測數據，得出了王家嶺礦綜放工作面覆巖“三帶”的高度，為礦井頂板控制、瓦斯抽采等的設計提供了科學依據，保證了礦井的安全生產。

關鍵詞：綜放工作面；上覆巖層；礦井；煤礦

中圖分類號：TD752.2 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.06.116

1 工程概況

王家嶺煤礦是中煤集團華晉公司的主力礦井，位于山西鄉寧縣，屬晉西黃土高原，井田內山巒起伏、溝壑縱橫，地表形態復雜多變。為了準確掌握礦井工作面覆巖移動情況，在王家嶺煤礦20104工作面對應地表（地理位置位于臨汾市鄉寧縣南掌村）布置了地面觀測孔，回采巷道內布置了井下觀測孔。隨著回采的進行，井下地面同步觀測，使用TYGD10型巖層鉆孔探測儀對觀測孔孔內裂隙發育、煤巖體破碎等情況進行了觀測。通過數據分析得出了綜放工作面上覆巖層的移動規律和上覆巖層“三帶”的高度。

2 觀測孔布置方案

2.1 地面觀測鉆孔布置

根據地面情況，覆巖觀測鉆孔位置的選擇不僅要考慮所選位置能否對覆巖移動進行有效觀測，還要考慮到所選擇的位置是否能允許鉆機進行地面施工。結合王家嶺煤礦20104工作面地面地貌的實際情況，觀測孔位置的選擇及布置為：20104工作面地面觀測站布置在CK8-1鉆孔附近，該處位置地面地勢相對平坦，鉆機等大型工程設備能夠到達，而且根據所掌握的覆巖移動規律，鉆孔擬布置位置能夠有效觀測到覆巖的移動變形情況。每個觀測站設置有2個鉆孔，分別為采前孔和采后孔，兩孔相距5～10 m。

20104工作面采前孔布置在距2號煤層中央輔助運輸大巷230 m，距20104工作面回風巷85 m處；采后孔布置在距2號煤層中央輔助運輸大巷230 m，距20104工作面回風巷95 m處。鉆孔孔徑Φ不小于110 mm，20104工作面采前孔孔深約250 m，20104工作面采后孔孔深約為180 m；井下觀測孔與之對應，布置詳情如圖1和圖2所示。

2.2 井下觀測鉆孔布置

井下觀測站布置在工作面回風順槽內，如圖1所示，20104工作面井下測站1距2#煤層輔助運輸大巷230 m；測站內布置了2個鉆孔，在順槽內工作面煤壁側3 m的高度處方位角為75°，傾角為18°，向上方打“鉆孔1”，“鉆孔2”在“鉆孔1”的垂直面上，兩鉆孔夾角為12°。井下鉆孔直徑Φ不小于70 mm，兩鉆孔長度分別為127.6 m、140 m，鉆孔向工作面方向偏斜，以觀測工3 鉆孔觀測結果及分析

3.1 地表鉆孔觀測結果分析

根據20104工作面采前孔的監測結果，工作面推進至距鉆孔100 m時，地表鉆孔附近地面產生的平行于工作面方向的裂縫，鉆孔基巖段孔壁并未產生裂隙，采空區上方表土層產生較大的裂縫，并伴有臺階狀下沉；當工作面推進至距鉆孔50 m時，鉆孔附近地表裂縫變大，數量增多，鉆孔在表土層孔壁出現較為明顯的變形，靠近表土層的基巖段有縱向裂隙發育，并出現少量環狀裂隙，孔內水位持續地降低；當工作面推進至距鉆孔20 m時，孔內縱向裂隙及環狀水平裂隙增多，上覆巖層逐漸產生巖層錯動移位和離層，孔內水位進一步降低；當工作面推進至距鉆孔10 m時，靠近表土層的基巖段產生較大裂隙，鉆孔內部水位以上至表土層下方50 m的基巖段裂隙基本沒有發育，孔壁較為完整，沒有大范圍的裂隙產生。

根據采后孔的監測結果，工作面過鉆孔后，頂板垮落，探測儀探頭下降至276.4 m時遇煤層頂板垮落堵塞鉆孔，確定垮落帶發育高度至少為15.6 m；鉆孔內煤層頂板以上15.6～44.5 m巖層錯位嚴重，并伴有離層及大量的縱向裂隙產生，44.5～98.5m縱向裂隙及環向裂隙較多，98.5～137.0 m裂隙發育較少，137 m至地表存在少量裂隙發育。由此可確定，2#煤層綜放面裂隙帶發育高度約為121.4 m，地面黃土層由于抗拉能力小出現了明顯的張開裂縫，所測得的臺階相對下沉高度最大為1.2 m，且在沖溝坡體黃土層出現明顯的臺階下沉、反坡倒轉等現象。

3.2 井下觀測孔結果及分析

根據采集到的觀測孔內裂隙發育情況和工作面距觀測孔孔口的水平距離等相關數據，繪制了“兩帶”發育高度和工作面距觀測孔的水平距離變化曲線，如圖3所示。

工作面推進至距觀測孔孔口約30 m時，觀測孔開始受到工作面采動壓力的影響，觀測孔內出現沿鉆孔軸向和徑向的裂隙，同時，孔內局部煤壁破碎，產生少量小塊的碎煤。隨著工作面的推進，觀測孔內裂隙的尺寸增大、數量增多，沿鉆孔軸向裂隙最大長度超過1 m，煤壁破損和變形不斷加重，孔內碎煤的塊度增大，煤壁破損散落的碎塊不斷聚集，最終導致觀測孔堵塞。受工作面采動的影響，上覆巖層中的裂隙不斷向上發育。

綜合兩個鉆孔的監測結果可以看出，隨著工作面的推進，垮落帶及裂隙帶高度不斷增高。工作面推進至距觀測孔孔口約30 m時，觀測孔開始受到工作面采動壓力的影響，觀測孔內開始出現裂隙；當工作面推進至距鉆孔15 m處時，垮落帶的高度增大為15 m，裂隙帶的發育高度達到23 m左右；推進至距鉆孔11 m時，垮落帶的高度已基本穩定在18 m左右，裂隙帶的高度接近30 m，并仍處于不斷向上發育的狀態。由以上分析可知，垮落帶高度在18～20 m之間，裂隙帶發育高度位于30 m以上。

3.3 綜合分析

綜合地面與井下鉆孔觀測情況分析，王家嶺礦綜放工作面上覆巖層垮落帶高度為18～20 m，裂隙帶發育段位于40 m左右，裂隙帶高度約為120 m，從120 m到地面為彎曲下沉帶。

4 結論

對于王家嶺礦綜合采用地面和井下同步施工觀測鉆孔的方法，通過采用TYGD10型巖層鉆孔探測儀觀測孔內水位、裂隙等變化情況，結合工作面推進距離及采動影響情況，可以科學、合理地測出王家嶺礦綜放工作面上覆巖層三帶分布規律。基于觀測地面鉆孔和井下鉆孔的變化情況，綜合分析得出王家嶺礦綜放工作面上覆巖層垮落帶高度為18～20 m，裂隙帶高度約為120 m，從120 m到地面為彎曲下沉帶。通過實測出的綜放工作面上覆巖層“三帶”分布規律，為今后礦井頂板設計與瓦斯抽采設計提供了可靠的參考依據。

參考文獻

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