王家岭矿综放工作面覆岩“三带”实测

李建森

摘 要：为了掌握王家岭矿综放工作面覆岩“三带”的分布规律，通过地面观测孔与井下观测孔相结合的观测方法实测了覆岩“三带”的高度，总结了观测数据，得出了王家岭矿综放工作面覆岩“三带”的高度，为矿井顶板控制、瓦斯抽采等的设计提供了科学依据，保证了矿井的安全生产。

关键词：综放工作面；上覆岩层；矿井；煤矿

中图分类号：TD752.2 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2017.06.116

1 工程概况

王家岭煤矿是中煤集团华晋公司的主力矿井，位于山西乡宁县，属晋西黄土高原，井田内山峦起伏、沟壑纵横，地表形态复杂多变。为了准确掌握矿井工作面覆岩移动情况，在王家岭煤矿20104工作面对应地表（地理位置位于临汾市乡宁县南掌村）布置了地面观测孔，回采巷道内布置了井下观测孔。随着回采的进行，井下地面同步观测，使用TYGD10型岩层钻孔探测仪对观测孔孔内裂隙发育、煤岩体破碎等情况进行了观测。通过数据分析得出了综放工作面上覆岩层的移动规律和上覆岩层“三带”的高度。

2 观测孔布置方案

2.1 地面观测钻孔布置

根据地面情况，覆岩观测钻孔位置的选择不仅要考虑所选位置能否对覆岩移动进行有效观测，还要考虑到所选择的位置是否能允许钻机进行地面施工。结合王家岭煤矿20104工作面地面地貌的实际情况，观测孔位置的选择及布置为：20104工作面地面观测站布置在CK8-1钻孔附近，该处位置地面地势相对平坦，钻机等大型工程设备能够到达，而且根据所掌握的覆岩移动规律，钻孔拟布置位置能够有效观测到覆岩的移动变形情况。每个观测站设置有2个钻孔，分别为采前孔和采后孔，两孔相距5～10 m。

20104工作面采前孔布置在距2号煤层中央辅助运输大巷230 m，距20104工作面回风巷85 m处；采后孔布置在距2号煤层中央辅助运输大巷230 m，距20104工作面回风巷95 m处。钻孔孔径Φ不小于110 mm，20104工作面采前孔孔深约250 m，20104工作面采后孔孔深约为180 m；井下观测孔与之对应，布置详情如图1和图2所示。

2.2 井下观测钻孔布置

井下观测站布置在工作面回风顺槽内，如图1所示，20104工作面井下测站1距2#煤层辅助运输大巷230 m；测站内布置了2个钻孔，在顺槽内工作面煤壁侧3 m的高度处方位角为75°，倾角为18°，向上方打“钻孔1”，“钻孔2”在“钻孔1”的垂直面上，两钻孔夹角为12°。井下钻孔直径Φ不小于70 mm，两钻孔长度分别为127.6 m、140 m，钻孔向工作面方向偏斜，以观测工3 钻孔观测结果及分析

3.1 地表钻孔观测结果分析

根据20104工作面采前孔的监测结果，工作面推进至距钻孔100 m时，地表钻孔附近地面产生的平行于工作面方向的裂缝，钻孔基岩段孔壁并未产生裂隙，采空区上方表土层产生较大的裂缝，并伴有台阶状下沉；当工作面推进至距钻孔50 m时，钻孔附近地表裂缝变大，数量增多，钻孔在表土层孔壁出现较为明显的变形，靠近表土层的基岩段有纵向裂隙发育，并出现少量环状裂隙，孔内水位持续地降低；当工作面推进至距钻孔20 m时，孔内纵向裂隙及环状水平裂隙增多，上覆岩层逐渐产生岩层错动移位和离层，孔内水位进一步降低；当工作面推进至距钻孔10 m时，靠近表土层的基岩段产生较大裂隙，钻孔内部水位以上至表土层下方50 m的基岩段裂隙基本没有发育，孔壁较为完整，没有大范围的裂隙产生。

根据采后孔的监测结果，工作面过钻孔后，顶板垮落，探测仪探头下降至276.4 m时遇煤层顶板垮落堵塞钻孔，确定垮落带发育高度至少为15.6 m；钻孔内煤层顶板以上15.6～44.5 m岩层错位严重，并伴有离层及大量的纵向裂隙产生，44.5～98.5m纵向裂隙及环向裂隙较多，98.5～137.0 m裂隙发育较少，137 m至地表存在少量裂隙发育。由此可确定，2#煤层综放面裂隙带发育高度约为121.4 m，地面黄土层由于抗拉能力小出现了明显的张开裂缝，所测得的台阶相对下沉高度最大为1.2 m，且在冲沟坡体黄土层出现明显的台阶下沉、反坡倒转等现象。

3.2 井下观测孔结果及分析

根据采集到的观测孔内裂隙发育情况和工作面距观测孔孔口的水平距离等相关数据，绘制了“两带”发育高度和工作面距观测孔的水平距离变化曲线，如图3所示。

工作面推进至距观测孔孔口约30 m时，观测孔开始受到工作面采动压力的影响，观测孔内出现沿钻孔轴向和径向的裂隙，同时，孔内局部煤壁破碎，产生少量小块的碎煤。随着工作面的推进，观测孔内裂隙的尺寸增大、数量增多，沿钻孔轴向裂隙最大长度超过1 m，煤壁破损和变形不断加重，孔内碎煤的块度增大，煤壁破损散落的碎块不断聚集，最终导致观测孔堵塞。受工作面采动的影响，上覆岩层中的裂隙不断向上发育。

综合两个钻孔的监测结果可以看出，随着工作面的推进，垮落带及裂隙带高度不断增高。工作面推进至距观测孔孔口约30 m时，观测孔开始受到工作面采动压力的影响，观测孔内开始出现裂隙；当工作面推进至距钻孔15 m处时，垮落带的高度增大为15 m，裂隙带的发育高度达到23 m左右；推进至距钻孔11 m时，垮落带的高度已基本稳定在18 m左右，裂隙带的高度接近30 m，并仍处于不断向上发育的状态。由以上分析可知，垮落带高度在18～20 m之间，裂隙带发育高度位于30 m以上。

3.3 综合分析

综合地面与井下钻孔观测情况分析，王家岭矿综放工作面上覆岩层垮落带高度为18～20 m，裂隙带发育段位于40 m左右，裂隙带高度约为120 m，从120 m到地面为弯曲下沉带。

4 结论

对于王家岭矿综合采用地面和井下同步施工观测钻孔的方法，通过采用TYGD10型岩层钻孔探测仪观测孔内水位、裂隙等变化情况，结合工作面推进距离及采动影响情况，可以科学、合理地测出王家岭矿综放工作面上覆巖层三带分布规律。基于观测地面钻孔和井下钻孔的变化情况，综合分析得出王家岭矿综放工作面上覆岩层垮落带高度为18～20 m，裂隙带高度约为120 m，从120 m到地面为弯曲下沉带。通过实测出的综放工作面上覆岩层“三带”分布规律，为今后矿井顶板设计与瓦斯抽采设计提供了可靠的参考依据。

参考文献

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