亭南煤矿204工作面4煤导水裂隙带高度测试研究

杨磊　武建勇　叶伟峰　李贵娟

【摘 要】本项目运用钻孔冲洗液消耗观测法和钻孔电视探测法两种方法测定和研究了4煤顶板导水裂隙带的发育高度，获得了综采条件下导水裂隙发育高度的实测数据。

【关键词】导水裂隙带；消耗量观测；钻孔电视

1. 矿井地质采矿条件

亭南煤矿地处彬长煤田，行政区划属陕西省咸阳市长武县亭口乡所辖，采用立井单水平开拓，生产能力3.0Mt/a。

主采煤层为4煤层，采用走向长壁后退式采煤法，为综采一次采全高采煤工艺，单体液压支柱支护顶板，全部垮落法管理顶板，本次施工的204工作面位于矿井东北部，南北走向，工作面长度200m，计划推采长度2150m。该面煤层厚度为16.9m～21.0m，平均19.1m，煤层倾角0°～5°，设计回采高度为6.0m，是亭南煤矿第一个大采高工作工作面。

2. 项目工程概况

本项目运用钻孔冲洗液消耗观测法和钻孔电视探测法两种方法测定和研究了4煤顶板导水裂隙带的发育高度，获得了综采条件下导水裂隙发育高度的实测数据。

204工作面设计并施工了2个钻孔（D1孔和D2孔），D1孔首先施工至白垩系底部，然后封堵全段白垩系地层，继续施工至预计导水裂缝带上部，进行安定组顶部水位长观；D2孔为采后孔，首先施工至白垩系洛河组地层底部，然后封堵全段洛河组地层，继续施工至导水裂缝带顶部，观测导水裂隙带发育高度。地面探查钻孔揭露地层信息统计表见表1。

3. 导水裂隙带高度确定方法

3.1 钻孔冲洗液消耗量观测方法

要求水源箱、循环槽、沉淀池不得漏水，水源箱和沉淀池容积不小于1m×1m×1m的正方体，水源箱内安设浮标式水位测尺。

观测方法：开钻后，当冲洗液形成循环时，测定一次水源箱的水位，并记录开钻时间、钻孔深度，每钻进0.5m再测定和记录一次。当漏失量变大时，可缩短为0.3m测定和记录一次。完成一个回次以后，再测定和记录一次。并用钢尺测出该回次的实际进尺量。在观测段钻进时，每次起钻后下钻前均测定钻孔水位。当冲洗液循环中断时，及时记录孔深和时间，当冲洗液恢复循环时，同样记录孔深和时间。当钻进到裂隙带时，每次起钻后，如向钻孔内吸风或瓦斯涌出等现象时，应记录当时的钻孔深度。

裂隙带定点的确定：钻孔内导水裂隙带的顶点根据以下3个方面的资料并加以综合分析确定：

a） 冲洗液漏失量显著增加，并且基本上呈现出随着钻孔深度增加而增加的趋势；或者冲洗液全部漏失，经堵漏后再向下钻进时仍然如此。

b） 钻孔水位显著降低，水位下降速度加快，或者发生水位突变，有的甚至孔内无水。

c） 岩芯有纵向裂隙及钻孔有轻微吸风现象。

3.2 钻孔彩色电视观测

彩色钻孔电视系统是把一自带光源的防水摄像探头放入地下钻孔中，可现场对钻孔中地质体的各种特征及细微变化实时观测、监控和记录。可观测地层岩性、岩石结构、活动性断层、地层注浆后浆液充填情况、夹层破碎带、岩溶、暗河、堆积体、突发性涌水、地下水位变化等。

本项目用来观测煤层上覆岩层的完整性和原生裂隙的发育特征、受采动岩体裂缝带内岩层的裂缝发育宽度、连通情况，岩体破碎状况和垮落岩块的分布情况，以及钻孔内部裂缝的渗水和孔内水位变化情况等，并结合钻孔冲洗液漏失量来观测研究采动岩层的裂隙发育和漏水及含水情况，可以为研究确定“两带”尤其是冒落带的发育高度提供依据。

4. 导水裂隙带高度确定

4.1 冲洗液消耗量确定导水裂隙带高度

从图1中可以看出，冲洗液进入洛河组后流失量开始变大，在一开孔深280m以后基本全部漏失，二开进入安定后，在孔深427.17m处冲洗液漏失量增大，反复进行堵漏，效果不明显。

同时，结合钻孔水位观测，D2孔在施工洛河组时水位开始大幅下降，在安定组427.17m水位发生突降，降幅58.9m，说明此处导水裂隙带连通明显，钻进期间水位波动范围在5.71m～276.11m。

在工作面回采过程中，对D1钻孔安定组顶部水位进行了观测，观测数据显示，回采工作面推采过D1孔位置时，安定组顶部水位开始明显下降，导水裂隙带发育已影响到安定组顶部，这和D2钻孔观测结果基本统一的。

综合分析后可以判定，D2钻孔在孔深427.17m处为导水裂隙带的顶点。

因此，导水裂隙带高度为：

H导=H-M-h+W

式中：

H导——导水裂隙带最大高度；m

H——煤层底板距离孔口垂深；（工作面底板标高365m，D2孔口标高934.20m，则H为569.20m）

M——煤层平均采厚；（6m ）

h——导水裂隙带顶点距离孔口垂深；（427.17m）

W——打钻观测时裂隙带岩层的压缩值（在此取W=0.2m）；

经计算得出导水裂隙带最大高度H导=135.23m，约为采厚的22.7倍。

4.2 钻孔窥视确定导水裂隙带高度

D2孔观测侏罗系地层时候，在安定组415.36m、416.85m、417.03m，417.12m、417.24m、419.86m、421.14m、424.51m、425.29m、430.83m、449.13、450.71m等处遇见裂隙（见4-1），其中在孔深424.51出后，基本以纵向裂隙为主，孔壁破碎，因此把424.51m定位该位置裂隙带顶点。

经计算得出导水裂隙带最大高度H导=138.69m，约为采厚的23.1倍。

5. 结论

通过钻孔冲洗液消耗观测法和钻孔电视探测法两种方法对亭南煤矿4煤顶板导水裂隙带发育高度测试与研究。

钻孔冲洗液消耗观测法测定的导水裂隙带的发育高度为135.23m，约为采厚的22.7倍；钻孔彩色电视观测的导水裂隙带最大高度H导=138.69m，约为采厚的23.1倍。

综合分析，两值基本一致，由于导水裂隙带中，垂直裂隙发育较多，有的裂隙不一定具有导水性能，而钻孔冲洗液消耗观测法由于采用清水钻进，结果相对比较准确，符合实际情况。

因此，本报告推荐亭南4煤顶板导水裂隙带发育最大高度H导=135.23m，约为采厚的22.7倍。

参考文献：

[1] 北京开采所.煤矿覆岩破坏规律及应用[M].北京：煤炭工业出版社.1987.

[2]李琰庆.导水裂隙带高度预计方法研究 及应用[D].西安：西安科技大学.2007.

[3]高文军.水体下采煤“两带” 的产生机理和预测方法研究[D]北京：中国矿业大学.1995.

作者简介：

杨磊（1983-），男，汉族，河南商丘人，大学本科，2008年7月毕业于河南理工大学水文与水资源工程专业，目前从事水文地质研究工作。