异常导水裂隙带高度机理研究

摘要：论文针对某矿区浅埋煤层工作面顶板淋水异常的现象对导水裂隙带高度的发育特点及成因展开研究，综合运用理论分析、现场实测的研究方法，探究了覆岩破坏的分带特征和参数，得出了某矿区导水裂隙带的高度及异常成因，对指导同类煤矿的顶板控制及开采上限界定提供了理论参考。

关键词：导水裂隙带，高度异常，覆岩结构

中图分类号：TV661W文献标识码： A

1矿井地质概况

23101和43115工作面同属一块井田，四周煤体均未开采，工作面长度均在300m左右，煤厚2.0~3.0m左右，煤层倾角0~3°，采用走向长壁后退式全部垮落综合机械化采煤法，煤层结构简单，节理裂隙较发育，有0.2~0.8m夹矸，工作面煤层围岩稳定性较差。煤层埋深320m，老顶以粉、细砂岩为主，部分地段为砂质泥岩；直接顶以砂质泥岩，中粒砂岩为主；直接底以砂质泥岩为主，局部相变为泥岩。

2覆岩破坏理论分析及实测研究

2.1导水裂隙带发育规律及覆岩“三带”理论预计

根据“三下开采规程”和“地质勘探规范”相关公式结合某矿实际情况得某矿冒落带及裂隙带高度值，具体数值见表1所示。

表1 按理论公式预计的回采工作面覆岩破坏高度

Table1The overburden failure’s height estimated by the formula

2.2现场实测

2.2.1实测方法

采用钻孔冲洗液法进行工作面覆岩破坏的现场实测。该方法的原理是通过观察钻孔钻进过程中钻孔冲洗液消耗量、钻孔水位、钻进速度、卡钻、掉钻、钻孔吸风等现象并结合岩芯观察、地质描述等来综合判定垮落带和导水裂缝带高度及其破坏特征。通过分析消耗量变化和钻孔水位变化等得出导水裂隙带高度及其破坏特征。

2.2.2方案设计

1）某矿43115工作面共布置钻孔3个，其中1、2号钻孔为采前孔，3号孔为采后孔。钻孔平面位置如图3.1。

2）某矿23101工作面布置采后孔1个。钻孔平面位置如图3.2。

图3.1 43115工作面钻孔平面位置示意图图3.223101工作面钻孔平面位置示意图

Figure3.1the schematic diagram of Figure3.2the schematic diagram of

drilling plane location of 43115 facedrilling plane location of 23101 face

3.1冒落带高度确定

1）某矿43115工作面：根据寸探03号钻孔，当钻孔钻进至孔深90.5m处时，钻孔出现塌陷夹钻，根据此情况初步确定某矿3-1煤层采动后上覆岩层的冒落带深度在90.5m以下，根据钻孔所在工作面埋深101.6m，所以冒落带的高度是11.1m，厚度为采高的5倍。

2）某矿23101工作面：根据寸探01号钻孔，当钻孔钻进至孔深314.5m处时，钻孔出现掉钻，由钢丝绳吊着打，钻孔内不通水，初步确定某矿3-1煤层采动后上覆岩层的冒落带深度在314.5m以下，根据钻孔所在工作面埋深为327m，所以冒落带的高度是9.5m，厚度为采高的3.17倍。

3.4 导水裂隙带高度确定

1）某矿43115工作面：当钻孔钻进至孔深74.1m处时，钻孔水位埋深明显增大，钻孔出现漏孔，冲洗液消耗量从0.2m3・h-1迅速增加到4.0m3・h-1，以后一直保持漏孔。当钻孔继续钻进至孔深90.5m处时，钻孔出现塌陷夹钻。可以确定某矿3-1煤层采动后上覆岩层的弯曲沉降带深度为0.00~74.1m，导水裂隙带深度为74.1~90.5m。

2）某矿23101工作面：当钻孔钻进至孔深178.0m时，钻孔水位埋深迅速增大，测不到水位，同时钻孔出现漏孔，从0.48m3・h-1迅速增加到5.0m3・h-1，以后一直保持漏孔。当钻孔继续钻进至孔深314.5m处时，钻孔出现掉钻，钻头由钢丝绳吊着继续打钻，但是钻孔内不返水。

初步确定某矿3-1煤层采动后上覆岩层的弯曲沉降带深度为0.0~178.0m，导水裂隙带深度为178.0~314.5m。

3.5覆岩破坏特征分析

某矿43115工作面裂采比达10.3，符合软弱~中硬条件下裂采比为9~18，冒采比达3.8，属正常范围。按照上述2个规程中硬覆岩条件计算的导水裂隙带高度，裂采比属正常情况。

某矿23101工作面。裂采比达48.7，远超出中硬顶板条件下裂采比12~18的范围，甚至远超出坚硬顶板条件下的裂采比18~28的范围。

5主要结论

论文采用理论分析、现场实测相结合的方法，对某矿超高导水裂隙带高度影响因素进行探讨，得到结论如下：

（1）超高导水裂隙带的主要影响因素为覆岩力学结构和岩体结构的差异。某矿43115工作面基岩强度大，覆岩运动特征为薄岩层、多阶段、快发展，小范围岩石的多次垮落，岩石容易碎胀发育，及时充填采空区，缓解覆岩的破坏发育。

（2）基岩的强度也是超高导水裂隙带形成的主要原因之一。某矿23101工作面基岩强度相对小，仅为43115工作面的一半，基岩中下部岩层原生裂隙发育，改变了岩体的完整形态，使之结构发生质的变化，极易垮落。覆岩运动特征为厚岩层，多阶段、慢发展，多个岩层的同步垮落，导致离层空间大，覆岩破坏高度相对较大，沟通原生裂隙发育空间，导致裂隙带发育超高。

参考文献

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