新安矿34采区深部开采顶板覆岩破坏规律探测技术研究.pdf

当代化工研究 ▲ Modern Chemical Research 技术应用与研究 2020 13 新安矿34采区深部开采顶板覆岩破坏规律探测 * 冯 波 巴 新 伟 邸 伟 枣 庄 矿 业 集 团 新 安 煤 业 有 限 公 司 山 东 277000 摘要摘要为掌握新安矿34采区3煤层顶板覆岩“ 两带”发育情况，结合开采需要和现有工作面条件，确定在3405工作面材料巷采用并行电 法动态测试技术进行现场测试，获得覆岩变形与破坏“ 两带”高度及其变化形态。结果表明通过视电阻率和电流比值得出垮落带高度为 27. 7m，导水裂缝带高度为79_ 7m; 垮高/采厚比为3.6,裂高/采厚比为10. 5 ; 为以后同类覆岩条件下煤层开采顶板“ 两带”高度预计及露 头 防 （ 隔 ）水煤岩柱留设提供依据。 关试词关试词深部采区；并行电法动态测试； “ 两带”高度 中图分类号中图分类号T 文献标识码 文献标识码A Research on Detection Technology of Roof Overburden Failure Law in Deep Mining in No.34 Mining Area of Xinan Mine Feng Bo, Ba Xinwei, Di Wei Xinn Coal Industry Co. , Ltd. , Zaozhuang Mining Group, Shandong, 277000 Abstract In order to master the development o f “two zones“ o f overlying strata in No. 3 coal seam roof o f No.34 mining area ofXin an mine, combined with mining needs and existing working face conditions, parallel electrical dynamic testing technology was adopted in 3405 working face material lane to obtain the height o f “two zones“ o f overlying strata deation and destruction and their change s. The results show that the caving zone height is 27.7m and the water flowing fractured zone height is 79.7m according to the apparent resistivity and current ratio. The ratio o f caving height to mining thickness is 3.6 and the ratio o f crack height to mining thickness is 10.5. It provides the basis for predicting the height o f the “two zones“ o f the roof o f coal seam mining under similar overburden conditions in the future andfor setting up outcrop water-proof coal rock pillars. Key words*, deep mining area parallel electrical dynamic testing height o f “two zones“ 经过多年的开采，新安煤业有限公司3煤采场大都位 于-600m 水平及以下，随着采深的增加、采区的变化，矿压 增大、煤层上覆岩层厚度、岩性性质、力学性质都在变化， 原来的浅部“ 两带”数据已经不能满足防治水需要。为了更 好的指导3煤层深部开采的防治水工作，需要对3煤层开采 顶板覆岩“ 两带”发育高度重新进行实测。根据需求和现有 工作面条件，将3煤层开采顶板覆岩“ 两带”发育高度探测 布置在3405工作面材料巷。 1 ■工程概况 3405工作面位于34采区北翼，开采3煤层，工作面平均 煤厚9.0m 。工作面材料巷长545. 5m , 运输巷长505. 2m , 走向 长平均523. 9m , 倾斜长211. 8〜263.0m 。 2.现场施工技术方法 本研宄直接在工作面的某一巷道内顶板岩层施工一组观 测钻孔，在钻孔内布置成套测试电极系统，采用并行电法动 态测试技术进行现场测试，井下施工工艺简单、成本较低。 现场根据工作面回采进度进行数据的定期不间断采集，可获 得顶板覆岩破坏的动态情况，以顶板岩层视电阻率等属性变 化为研宄对象，分别进行数据反演、成像和解释，从而获得 煤层顶板“ 两带”随工作面推进的变化过程和趋势，所获得 的结果是通过动态多次测试对比完成，其结果方便可靠，且 对煤矿安全高效生产具有重要的指导价值。 ⑴测试地段选取要求 为了获得最佳的测试条件，本次观测系统选择在无构造 的正常煤厚段。除了考虑地质条件外，现场探测系统距离切 眼的位置也要控制好。现场所有探测设备安装完毕后，要保 证切眼到终孔的水平距离大于煤层开采所造成的超前影响距 离，这样观测系统可以捕捉到较完整的顶板破坏监测数据。 ⑵钻孔位里与施工 根据工作面顶板覆岩破坏特征将监测钻孔布置在3405工 作面材料巷中，钻孔位置为C8点往里18m 处，距离回采工作 面136m 。共布置一组钻孔，该组钻孔共设计长孔和短孔各一 个。钻孔按照设计施工完成后，在矿地测人员及钻机人员的 配合下，分别对两个钻孔进行了钻孔测斜，确定钻孔参数与 设计基本相符后，将钻孔安装所需设备、材料运到钻场。按 设计施工要求，将电极电缆送入钻孔，并按设计要求指导钻 机人员进行钻孔注浆，直到钻孔返楽为止，满足电极耦合要 求。3405工作 面 “ 两带”观测钻孔布置平面图如图1所示。 2020 13 技术应用与研究 当代化工研究 Modern ChemictU Research ■ * - ⑶钻孔参数 钻孔施工后经实际测斜获取实际钻孔参数。钻孔详细参 数见表1所示，钻孔参数基本达到原设计参数要求。 表1钻孔参数 孔号实际钻孔参数 钻孔设计 錢 参数偏差 评估 开孔 位置 长孔 C8点往里18m处C9点前10m处无影响 短孔C8点往里20m处无影响 方位 长孔343 偏面内17 偏面内10无影响 短孔342. 8。 （ 偏面内 17. 2 偏面内10无影响 孔深 长孔126m135m 基本满足 要求 短孔72m72m满足要求 钻孔 仰角 长孔44.243满足要求 短孔25. 926满足要求 终孔 孔径 长孔91ram91ram满足 短孔91ram91ram满足 控制 垂高 长孔 95. 8m 水平垂高87. 8m，其 中终孔水平投影距离煤层 顶板8m 92m 满足要求 短孔 36. 4m 水平垂高31. 4m, 其 中终孔水平投影距离煤层 顶板5m 32m 满足要求 平距 长孔 90. 3m98m 满足要求 短孔64. 8m65m满足要求 ⑷钻孔施工程序 ① “ 两带”观测钻孔系统安装材料 A. PVC给水管100根 （ 每根2m , 用于将电法观测大线送入 钻孔内和注浆封孔时返浆）； B. 电法观测大线（ 共3根，长孔共2根，每根32个电极， 电极极距2m ; 短孔1根，共32个电极，电极极距2m ; C. 胶带、铜 线 若 干 （ 胶带用于将电法大线固定在PVC管 外壁上，铜线用于将电极与钻孔内壁稱合）； D . 水 泥 （ 用于封堵钻孔内裂隙和安装完毕后封孔）。 ② 观测钻孔施工完毕后，采用YZG12型矿用钻孔轨迹仪 对观测钻孔进行测斜，测量观测钻孔的倾角、方位角以及孔 深，并检测孔内裂隙情况。 ③ 将观测系统的材料运送井下进行系统安装。系统安 装时用胶带将PVC管和电法大线固定住，用铜线将电极与PVC 管固定并与钻孔内壁接触，依次将三根电法大线送入观测孔 孔内。观测孔长孔共安装63个电极，电极距2m ; 观测孔短孔 共安装32个电极，电极距2m 安装完毕后对钻孔进行注浆封 孔，以此来满足电极耦合要求，至此3405工 作 面 “ 两带”观 测系统安装圆满成功。 ⑶钻孔电极系统参数 实际施工的钻孔观测系统及地质剖面图如图2所示，钻 1岩性参照3405工作面综合柱状图岩性。以材料巷顶板孔口 位置为坐标0点，垂直材料巷指向顶板上方为Y轴正向，沿长 1测线在煤层顶板投影指向切眼方向为X横正向。 图2 钻孔观测系统及其地质剖面图 3. 电 法 探 测 “ 两带”结果分析 1 观测孔电阻率反演给出的垮落带的高度为巷道顶 板上方33m , 钻孔电极电流比值成像结果中垮落带的高度为 巷道顶板上方32m 。观测孔附近巷道顶板上方34m 左右位置处 为细砂岩与泥质砂岩分界面，因此垮落带的高度确定为巷道 顶板上方33m 。 （ 2 观测孔电阻率反演给出的导水裂缝带的 高度为巷道顶板上方84m , 钻孔电极电流比值成像结果中导 水裂缝带的高度为巷道顶板上方85m 。观测孔附近巷道顶板 上方66m 以上区域为粉砂岩层位，导水裂缝带的高度确定为 巷道顶板上方85m , 位于粉砂岩层位中。 （ 3 在本次3405工 作面材料巷顶板“ 两带”观测段，巷高平均为3. 5m , 顶煤平 均厚度为5. 3m , 而钻孔布置于巷道顶板，因此实际“ 两带” 发育高度等于巷道顶板上方实测“ 两带”高度减去顶板煤 厚。综上分析，对于本次3405工作面3煤顶板覆岩破坏“ 两 带”发育高度的探测，探测结果为垮落带高度为27. 7m , 在 细砂岩与泥质砂岩分界面附近；导水裂缝带高度为79. 7m , 位 于粉砂岩层位中。本次测线观测区域内平均采高为7. 6m 。 因 此，垮高/采厚比为3.6,裂高/采厚比为10. 5。 4. 结论 1 3405工作面顶板“ 两带”观测段平均采高7. 6m , 顶板主要以细砂岩和粉砂岩为主，覆岩为中硬型，通过视电 阻率结果和电流比值结果得出垮落带高度为27. 7m , 在细砂 岩与泥质砂岩分界面附近；导水裂缝带高度为79. 7m , 位于 粉砂岩层位中。垮高/采厚比为3.6,裂高/采厚比为10. 5。 2 3405工作面顶板“ 两带”观测段3煤层采动应力超 前影响距最大为63. 9m 。 【 参考文献】【 参考文献】 [1] 冯波， 刘林.瞬变电磁技术在煤层顶板防治水中的应用分析 [ J ] 江西煤灰科技，2 0 1 7 1 3 6 - 3 8 , 4 2 . [2] 刘军.并行电法在倾斜厚煤层工作面“ 三带”探测中的应 用[ J ].矿业安全与环保，2 0 1 8 , 4 5 0 3 1 0 2 - 1 0 7 . [ 3 ] 刘盛东， 刘静， 戚傻， 曹炫， 吕荣其.矿井并行电法技术体系 与新进展[ J ].煤炭学报，2 0 1 9 , 4 4 0 8 2 3 3 6 - 2 3 4 5 . [ 4 ] 吴涛， 张周鑫,张平松,李洪明.采煤面顶;覆岩破坏模拟试 验研究[ J ] 工 程地球物理学报,2 0 1 4 , 1 1 0 2 1 6 6 - 1 7 2 . 【 作者简介】 冯 波 （ 1970-,男，汉族，山东省德州市禹城县人，中级职 称，参庄矿业集团新安煤业有限公司；研究方向煤矿地质地测。