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★煤炭科技开拓与开采★ 带压开采工作面顶板 “三带”测试技术研究 杨彦群 （ 山西焦煤集团公司技术中心，山西省太原市，０ ３ ０ ０ ５ ３） 摘 要 以镇城底煤矿８ ＃煤层为研究对象，依据８＃煤层顶板工程地质条件和水文地质 条件，分析综采放顶带压开采条件下 “ 三带”特征，通过现场钻探压水试验，系统研究了主 采煤层 “ 三带”发育特征和覆岩破坏规律，为三水平大巷设计布置及未开采区工作面防水煤 柱的留设提供科学依据。 关键词 综放工作面 带压开采 三带 测试技术 中图分类号 Ｔ Ｄ ８ ２ ３ ． ９ ７ 文献标识码 Ｂ Ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ ｏ ｎ“ｔ ｈ ｒ ｅ ｅ ｚ ｏ ｎ ｅ ｓ“ ｔ ｅ ｓ ｔ ｉ ｎ ｇ ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ｏ ｎ ｍ ｉ ｎ ｉ ｎ ｇ ｆ ａ ｃ ｅ ｓ ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｗ ａ ｔ ｅ ｒ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｕ ｒ ｅ Ｙ ａ ｎ ｇ Ｙ ａ ｎ ｑ ｕ ｎ （Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ Ｃ ｅ ｎ ｔ ｅ ｒ，Ｓ ｈ ａ ｎ ｘ ｉ Ｃ ｏ ｋ ｉ ｎ ｇ Ｃ ｏ ａ ｌ Ｇ ｒ ｏ ｕ ｐ Ｃ ｏ ． ，Ｌ ｔ ｄ ．，Ｔ ａ ｉ ｙ ｕ ａ ｎ，Ｓ ｈ ａ ｎ ｘ ｉ ０ ３ ０ ０ ５ ３，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ） Ａ ｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ Ｔ ａ ｋ ｉ ｎ ｇ ｔ ｈ ｅ Ｎ ｏ ． ８ｃ ｏ ａ ｌ ｓ ｅ ａ ｍ ｏ ｆ Ｚ ｈ ｅ ｎ ｃ ｈ ｅ ｎ ｇ ｄ ｉ Ｍ ｉ ｎ ｅ ａ ｓ ａ ｎ ｅ ｘ ａ ｍ ｐ ｌ ｅ ，ｂ ａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ ｅ ｎ － ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ｇ ｅ ｏ ｌ ｏ ｇ ｉ ｃ ａ ｌ ａ ｎ ｄ ｈ ｙ ｄ ｒ ｏ ｇ ｅ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ｃ ｏ ｎ ｄ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｏ ｆ Ｎ ｏ ． ８ｃ ｏ ａ ｌ ｓ ｅ ａ ｍ ｒ ｏ ｏ ｆ，ｔ ｈ ｅ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ａ ｎ ａ ｌ ｙ ｚ ｅ ｄ ｔ ｈ ｅ ｆ ｕ ｌ ｌ ｙ－ｍ ｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｚ ｅ ｄ ｃ ａ ｖ ｉ ｎ ｇ ｍ ｉ ｎ ｉ ｎ ｇ“ｔ ｈ ｒ ｅ ｅ ｚ ｏ ｎ ｅ ｓ“ ｃ ｈ ａ ｒ ａ ｃ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｔ ｉ ｃ ｓ ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｗ ａ ｔ ｅ ｒ ｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｕ ｒ ｅ ｍ ｉ ｎ 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３工作面地表位于独兰村以南， 黑豆山以东，歇马村以北，赤泥岩以西，官长沟一 带，８ １ ５钻孔附近，覆盖层厚度为 ２ ４ ３～３ ３ ８ ｍ。 ２ ８ １ ０ ３工作面井下位于南一采区，南接南一下组轨 道巷、运输巷和回风巷，其他相邻区域为未采区， 是南一采区下组煤首采工作面。工作面所采煤层为 ８ ＃煤层，煤层稳定，煤层厚度为４ ． ４ ６ｍ，煤层整 体呈宽缓的背斜和向斜构造，背斜轴向北８ ２ 西， 向斜轴向南８ ０ 西，煤层倾角１ １ 左右。８ ＃煤层顶 板岩层主要是由泥岩和石灰岩组成，老顶为石灰 岩，厚度 ３ ． ８ ４ ｍ，直接 顶 为 石 灰 岩，厚 度 ２ ． ５ ８ ｍ，伪顶为泥岩，厚度为０～０ ． ２ｍ；底板主要由 砂质泥岩组成，直接底为砂质泥岩，厚度５ ． ８ｍ， 老底为砂质泥岩，厚度５ ． ７ｍ。 ２ ８ １ ０ ３工作面水文地质情况较复杂，属带压开 采，工作 面 标 高 低 于 奥 灰 静 止 水 位 标 高 ６ ２～ １ ０ ８ｍ，底板最大突水系数为０ ． ０ ３ ７ＭＰ ａ／ｍ。顶板 ０５ 中国煤炭第３ ７卷第１ ２期２ ０ １ １年１ ２月 Ｌ １、Ｋ ２、Ｌ ４ ３层灰岩水是该工作面充水的主要水 源，正常情况下，工作面仅有滴水、淋水现象，工 作面 正 常 涌 水 量 为 ５ ． ０ ｍ ３／ ｈ， 最 大 涌 水 量 为 ３ ０ｍ ３／ ｈ。 ２ 压水试验实施方案 ２ ． １ 实施方案 ２ ． １ ． １ 井下仰 （ 俯）孔注水测漏法 井下仰 （ 俯）孔注水测漏法是在井下工作面的 外围巷道或硐室中，向工作面内斜上方打小口径仰 斜钻孔，钻孔穿过预计的覆岩破坏范围并超过预计 顶界一定高度，采用钻孔双端堵水器对钻孔进行逐 段封隔注水，测定各孔段漏失量变化情况，以此确 定覆岩破坏规律。井下仰 （ 俯）孔注水测漏法示意 图见图１。 图１ 井下仰 （ 俯）孔注水测漏法示意图 ２ ． １ ． ２ 钻孔技术参数 试验孔位于２ ８ １ ０ ３工作面南一下组上部车场副 巷开口处，开孔处层位为８ ＃煤层底板，岩性为砂 质泥岩。 根据试验点工作面煤系地层特征及钻孔技术要 求，考虑钻进时８ ＃煤层顶板砂质泥岩较破碎，施 工时选择Ｚ Ｄ Ｙ－１ ２ ０ ０ Ｓ（ＭＫ－４）型煤矿用全液压 坑道钻机。 顶板试验钻孔沿方位３ ７ 方向施工，钻孔仰角 ４ ８ ，设 计 孔 深 ９ ４ ． ５ ３ ｍ， 实 际 终 孔 深 度 为 ９ ６ ． ８ ９ｍ。 底板试验钻孔沿方位３ ７ 方向施工，钻孔俯角 －３ ９ ，设计孔深２ ８ ． ２ ８ｍ，实际终孔深度为２ ４ｍ。 ２ ． １ ． ３ 观测钻孔施工 试验孔开口先用 １ ２ ７ｍｍ钻头钻进，钻进至 ３ ． ５ｍ，下 １ ０ ８ｍｍ 套管３ｍ，套管外侧焊接一个 配套法兰盘并配备闸阀，并用高标号水泥封套管外 壁与钻孔中间空隙。然后用 ７ ５ｍｍ 钻头钻进，直 至终孔，终孔后关闭套管闸阀，防止采空区中积水 和瓦斯大量涌入工作面。 ３ 试验结果 ３ ． １ 顶板 “ 两带”高度的判断 （ １）冒落带判断。由于冒落带岩石破碎，所以 当钻进至冒落带时孔内反水会突然减小或无反水， 并有明显的卡钻现象，而钻头穿过冒落带后孔内反 水会突然增大，卡钻现象消失，并且通过压水试验 水量变化特征 （ 冒落带水量大于裂隙带水量） ，据 此可以正确判断冒落带顶点位置。 实际施工时，当钻孔钻进到１ ０ ． ２ｍ 时孔内反 水突然减小，再往前钻进有明显的卡钻现象，可以 判断从孔深１ ０ ． ２ｍ进入冒落带。钻进至１ ６ ． ２ｍ 时卡钻严重，孔内无反水，继续钻进，到３ ２ ． ７ｍ 时钻进时反水正常，无卡钻现象。在钻进的过程中 分别在１ ０ ． ２ｍ、１ ６ ． ２ｍ、２ ８ ． ２ｍ、３ ２ ． ７ｍ的时候 做压水试验，顶板钻孔施工压水试验数据见表１， 钻孔深度与压水流量关系见图１。由表１和图１看 出，在相同的压力下，钻孔在１ ０ ． ２ｍ、１ ６ ． ２ｍ 和 ２ ８ ． ２ｍ 深时，压 水 流 量分 别为 ２ ． ２ ５ ｍ ３／ ｈ、２ ． ３ ｍ ３／ ｈ和２ ． １ ２ｍ ３／ ｈ；在３ ２ ． ７ｍ 深时，压水流量为 ０ ． ７ ５ｍ ３／ ｈ，压水流量明显小于前面的流量。据此 判断在孔深３ ２ ． ７ ｍ穿过冒落带进入裂隙带。 （ ２）裂隙带判断。裂隙带的判断依据是压水试 验结果。当钻孔进入裂缝带后，在相同的压力下， 压水水量基本保持一致。由于裂缝带存在大量裂 隙，所以只要没有过裂隙带，在一定的压力下，新 钻进的孔段就可以顺利压入大量的水。由表１和图 １看出，当钻进至６ ５ ． ７ｍ、７ ６ ． ２ｍ、７ ９ ． ２ｍ 时分 别做压水试验，压水流量在０ ． ６ ８～０ ． ７ ５ｍ ３／ ｈ的范 围变化，当钻进至孔深８ ８ ． ２ｍ处压水时，压水困 难，压水流量为０ ． ２ １ｍ ３／ ｈ，说明钻孔在８ ８ ． ２ｍ已 穿过裂隙带。为了进一步证实是否穿过裂隙带，又 继续钻进到９ １ ． ２ｍ进行压水，水流量变化特征与 ８ ８ ． ２ｍ 处相似，所以判定８ ８ ． ２ｍ 处为裂隙带的顶 １５ 带压开采工作面顶板 “ 三带”测试技术研究 点。 根据钻探和压水试验结果，确定２ ８ １ ０ ３工作面 试验孔处８ ＃煤层的覆岩冒落带大约在孔深１ ０ ． ２～ ３ ２ ． ７ｍ 之间，即冒落带高度为１ ６ ． ７ ２ｍ，裂隙带 大约位于孔深３ ２ ． ７～８ ８ ． ２ｍ之间，裂隙带高度为 ４ １ ． ２ ６ｍ，如图３所示。 表１ 顶板钻孔施工压水试验记录 钻孔深度／ｍ垂距／ｍ 地层岩性压水水压／ＭＰ ａ压水流量／ｍ ３ｈ－１ 压水时间／ｓ压水总量／ｍ３ １ ０ ． ２ ７ ． ５ ８ 细粒砂岩 ０ ． ６ ２ ． ２ ５ ４ ８ ０ ． ０ ３ １ ６ ． ２ １ ２ ． ０ ４ 砂质泥岩 ０ ． ６ ２ ． ３ ４ ７ ０ ． ０ ３ ２ ８ ． ２ ２ ０ ． ９ ５ 砂质泥岩 ０ ． ６ ２ ． １ ２ ５ １ ０ ． ０ ３ ３ ２ ． ７ ２ ４ ． ３粉砂岩０ ． ６ ０ ． ７ ５ １ ４ ４ ０ ． ０ ３ ６ ５ ． ７ ４ ８ ． ８ ２细粒砂岩０ ． ６ ０ ． ７ １ ５ ４ ０ ． ０ ３ ７ ６ ． ２ ５ ６ ． ６ ２砂质泥岩０ ． ６ ０ ． ６ ８ １ ５ ９ ０ ． ０ ３ ７ ９ ． ２ ５ ８ ． ８ ５泥岩０ ． ６ ０ ． ７ １ １ ５ ２ ０ ． ０ ３ ８ ８ ． ２ ６ ５ ． ５ ６ 中粒砂岩 ０ ． ６ ０ ． ２ １ ５ １ ４ ０ ． ０ ３ ９ １ ． ２ ６ ７ ． ７ ７ 砂质泥岩 ０ ． ６ ０ ． １ ９ ５ ６ ８ ０ ． ０ ３ ３ ． ２ 底板采动破坏带的判断 底板采动破坏带的判断依据是压水试验结果， 见表２。当钻孔进入破坏带后，在相同的压力下， 压水水量基本保持一致。由于破坏带存在大量裂 隙，所以只要没有穿过破坏带，新钻进的孔段就可 以顺利压入大量的水，且压力不大。由表２可知， 当压力为 １ ． ０ ＭＰ ａ时，钻孔深度分别为 ６ ． ４ ｍ、 １ ５ ． １ｍ、２ ０ｍ、２ ４ｍ做压水试验，压水流量分别 为０ ． ６ ４ ８ ｍ ３／ ｈ、０ ． ６ ４ １ ｍ ３／ ｈ、０ ｍ ３／ ｈ、０ ｍ ３／ ｈ； 在压力为２ ． ５ＭＰ ａ时，钻孔深度在２ ０ｍ、２ ４ｍ做 压 水 试 验， 压 水 流 量 分 别 为０ ． ０ １ ３ ｍ ３／ ｈ、 ０ ． ０ １ ５ｍ ３／ ｈ。由此看出，当钻孔深度低于２ ０ｍ时， 压水流量能保持一个较高的数值，而当钻孔深度大 于２ ０ｍ 时，压水流量突然降低，即使增加压水压 力，效果也不明显，因此，可以判定，当钻孔深度 小于２ ０ｍ 时，底板处于导水破坏带，而钻孔深度 大于２ ０ｍ 时，底板进入完整岩层带。根据钻探和 压水试验结果，确定２ ８ １ ０ ３工作面８ ＃煤层试验孔 处底板采动破坏带大约在孔深２ ０ｍ 左右，即底板 采动破坏深度１ ２ ． ６ｍ，如图４所示。 表２ 底板钻孔施工压水试验记录 钻孔深度／ｍ 垂距／ｍ 地层岩性压水水压／ＭＰ ａ压水流量／ｍ ３ｈ－１ 压水时间／ｓ ６ ． ４ ４砂质泥岩１ ． ０ ０ ． ６ ４ ８ ６ ０ １ ５ ． １ ９ ． ５ 砂质泥岩 １ ． ０ ０ ． ６ ４ １ ６ ０ ２ ０ １ ２ ． ６ 泥岩 １ ． ０ ２ ． ５ ０ ． ０ ０ ． ０ １ ３ ３ ０ ３ ０ ２ ４ １ ５ ． １ 泥岩 １ ． ０ ２ ． ５ ０ ． ０ ０ ． ０ １ ５ ３ ０ ３ ０ （ 下转第５ ９页） ２５ 中国煤炭第３ ７卷第１ ２期２ ０ １ １年１ ２月 掏槽孔，排距０ ． ８ｍ 左右，辅助孔间距０ ． ５ｍ、炮 孔深２ ． ５ｍ。采空区侧的辅助孔方向偏向煤壁，煤 壁侧的偏向采空区，与切顶线各成５ 夹角，上仰 角７ ５ 左右；掏槽孔方向平行切顶线，眼深２ ． ８ｍ 左右，上仰角６ ５ 左右，见图１。 （ ４）炸药采用乳化炸药，采用合格的１～５段 煤矿许用毫秒延期电雷管，总延期时间不超过１ ３ ０ ｍ ｓ，装药后剩余的炮孔用水炮泥封实。 （ ５）爆破前将采空区支设的接顶木垛拆除３～ ４层，同时拆除所增打的抬棚，防止抬棚和木垛支 撑顶板，造成顶板垮落不及时影响爆破效果。同 时，对支架顶部裸露的部分用煤袋或荆芭进行覆盖 保护，防止岩石直接砸落在支架顶梁上损坏支架。 （ ６）爆破采用毫秒爆破，一次装药、一次起 爆，由机尾向机头顺序正向爆破。 ６ 预裂爆破强制放顶注意事项 （ １）要求现场配备１台保证安全起爆的放炮 器，母线长度不小于３ ０ ０ｍ。 （ ２）毫秒爆破必须采用串联，不得采用并联或 混联。装配起爆药卷、爆破母线连接脚线、检查线 路和通电工作，只准爆破工１人操作。 （ ３）爆破前由电工负责将采面所有电器设备停 电闭锁，并严格落实停送电管理规定。爆破前用注 液枪向爆破地点采空区侧空顶范围全断面充分洒水 降尘，稀释有害气体。 （ ４）爆破时要严格执行 “ 一炮三检制”和 “ 三 人连锁放炮制” ，爆破地点附近２ ０ｍ 范围内瓦斯 浓度达到０ ． ８％时，严禁爆破。 ７ 效果分析 （ １）工作面预裂爆破强制放顶共打炮孔３排， 掏槽孔１ ８个，两边辅助孔３ ４个，爆破后，破坏了 顶板形成的自然平衡拱，顶板在爆破位置断裂垮 落，并和原切巷顶板垮落段连在一起，垮落的岩石 基本上充满了采空区，消除了大面积悬顶带来的事 故隐患。由于提前采取了支架加固等防护措施，爆 破和顶板垮落对支架造成的冲击不大，取得了较好 效果，使工作面在短时间内恢复了正常生产，取得 了较好的安全效益和经济效益。 （ ２）预裂爆破强制放顶工作是悬移支架工作面 强制放顶工作的一次大胆探索，取得了较好的效 果，为同类条件下的悬移支架工作面强制放顶工作 积累了经验，对类似条件下的工作面强制放顶具有 一定的借鉴和指导意义。 参考文献 ［１］ 刘文．大同 “ 两硬”综放工作面顶煤 “ 注水－爆破” 联合弱化技术 ［Ｊ］．中国煤炭，２ ０ １ １（ ６） 作者简介谢超 （１ ９ ６ ２－） ，男，河南新密人，高级工 程师，现任郑州煤电副总经理、郑州煤电米村煤矿矿长、 党委副书记。 （ 责任编辑 张毅玲 檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶檶 ） （ 上接第５ ２页） 图４ 钻孔揭穿底板破坏带示意图 ４ 结论 根据钻探和压水试验结果，２ ８ １ ０ ３工作面试验 孔处８ ＃煤层覆岩冒落带高度１ ６ ． ７ ２ｍ，裂缝带高 度４ １ ． ２ ６ｍ，底板导水破坏深度１ ２ ． ６ｍ。 通过压水试验的结果为镇城底矿拟建采区和工 作面防水煤柱的留设、综放开采留采比的确定、煤 层气抽采、带压开采提供了参考。 参考文献 ［１］ 徐玉增．葛泉矿带压开采下组煤底板破坏深度探测 研究 ［Ｊ］．中国煤炭，２ ０ １ ０（ ４） 作者简介杨彦群 （１ ９ ６ ６－） ，男，河北获鹿县人，高 级工程师，长期从事采煤、掘进技术的研究和管理工作， 现任山西焦煤集团公司技术中心副主任。 （ 责任编辑 张毅玲） ９５ 预裂爆破强制放顶技术在悬移支架工作面的应用
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