马兰矿18301工作面“两带”研究分析_赵潇辉.pdf

江西煤炭科技2023年第1期摘要：西山矿区普遍缺少主采煤层顶板“两带”实测数据，仅套用煤矿安全规程中的经验公式作为防治水评价及设计计算的依据，与实际情况存在较大偏差，数据不可靠。为形成本区实用性强的煤层顶板“两带”计算的经验公式，通过收集矿区多个矿井相关资料，得到其冒落带、导水裂隙带的理论计算值和实测值，应用MATLAB软件对实测值分析得到冒落带、导水裂隙带高度的回归方程，以马兰矿1 8 3 0 1工作面为例，给出其理论计算公式，设计井下仰孔压水试验探测方案。采用该方程计算可使冒落带精度提高3.2 6m，导水裂隙带高度的精度提高3.8 0m，对西山矿区各矿井有效预测、防治顶板水害隐患具有重要意义。关键词：回采工作面；冒落带；裂隙带；压水试验法；回归方程中图分类号：TD3 2 5+.3文献标识码：B文章编号：1 0 0 6-2 5 7 2（2 0 2 3）0 1-0 0 9 6-0 4Research and Analysis of“Two Zones”at 18301 Working Face in Malan CollieryZhao Xiaohui（Malan Colliery,Xishan Coal Power Group,Gujiao,Shanxi 030200）Abstract:Due to the unreliable data obtained from the empirical formula in the existing regulations,Xishan mining area generallylacks the measured data of the two zones of the roof of the main coal seam,in order to form an empirical formula for thecalculation of the two zones of the coal seam roof with strong practicability in this area,the paper obtains the theoreticalcalculation values and measured values of the caving zone and water conducting fracture zone by collecting the relevant data ofseveral mines in the mining area,obtains the regression equation of the height of the caving zone and the water flowing fracturezone by analyzing the measured values with MATLAB software,and designs the underground water pressure test detection schemefor 18301 working face of Malan Colliery,which can improve the accuracy of the caving zone by 3.26 m and the accuracy of theheight of the water flowing fracture zone by 3.80 m,and is of great significance for the effective prediction and prevention of thehidden danger of roof water hazards in the mines of Xishan mining area.Key words:working face;caving zone;fissure zone;pressurized water test method;regression equation马兰矿 18301 工作面“两带”研究分析赵潇辉（山西焦煤西山煤电马兰矿，山西古交0 3 0 2 0 0）西山煤电集团所属矿井均面临近距离煤层探放水问题，层间距5 9.3 6 8 2.4 7m，由于探放水不彻底或两带预计错误，在生产中发生过水淹工作面的事故。如2 0 0 6年1 0月2 4日马兰矿1 8 1 0 8工作面回采过程中导通上部老顶K2、L4灰岩岩溶裂隙承压含水层，水量最大达5 0m3/h，造成重大事故。套用已有规程中的经验公式进行导水裂隙带的计算，适用性差，精度低，作为防治水评价及设计依据不可靠，效果堪忧。所以，对西山矿区主采煤层“两带”的分布规律进行研究十分必要。本文以马兰矿为例，采用理论分析计算、相似模拟、现场实测等手段，掌握8#煤层覆岩破坏规律，收集整理西山矿区各矿井“两带”资料，形成本区实用性强的经验公式，为类似矿井提供借鉴。1工作面概况西山煤电集团本部矿井共9座，其中白家庄矿、杜儿坪矿、官地矿、西铭矿位于太原万柏林区，习惯上称前山矿井；东曲矿、西曲矿、镇城底矿、马兰矿、屯兰矿位于太原古交市，习惯上称为后山矿井。马兰矿1 8 3 0 1工作面两巷均开口于南一下组煤进风下山，工作面上部实体间隔7 5 9 3m为1 2 3 0 1、1 2 2 0 6、1 2 2 0 8采空区。1 8 3 0 1工作面倾斜长度2 2 6m，走向长度19 5 0m，8#煤层厚度3.4 7 4.4 5m，平均煤厚4.1 5m，采高4.1 5m，煤层结构简单，普氏硬度2.0；8煤至8下煤间距8.4 1 5.0m，8下煤为亮型煤，含一层不稳定夹矸，煤层平均厚度1.7 5m，普氏硬度2.5。煤层倾角1 9，平均4。1 8 3 0 1工作面标高+8 3 1+9 0 1m，地面标高+12 3 6+13 8 9m，盖层厚度4 0 3 5 1 8m，平均4 7 0m。实际揭露落差0.4 1.6m的正断层9条。2顶底板破坏带高度分析西山矿区岩层主要由泥岩、砂岩、煤层及少部分灰岩组成，属中硬岩层，当煤层的上覆岩层为中9 6江西煤炭科技2023年第1期硬岩层时，冒落带与导水裂隙带高度可用公式（1）、（2）计算1：Hm=1 0 0 M4.7 M+1 92.2（1）Hl i=1 0 0 M1.6 M+3.65.6（2）式中：Hl i为导水裂隙带高度，m；M为采厚，m。马兰矿1 8 3 0 1工作面采高为4.1 5m，计算冒落带发育高度为8.5 8 1 3.0 0m，导水裂隙带高度3 8.4 4 4 9.6 4m。收集矿区官地矿、东曲矿等矿井现阶段回采工作面地质条件，通过式（1）、（2）计算得到各工作面冒落带、导水裂隙带发育高度如表1所示。表1顶板破坏带计算结果编号矿井名称及回采面冒落带高度/m导水裂隙带高度/m1官地矿2 2 6 1 18.5 6 1 3.4 73 2.3 4 4 6.2 22官地矿2 8 4 1 26.8 4 1 1.2 43 0.0 6 4 1.2 63马兰矿1 0 7 0 25.0 2 9.4 42 4.4 2 3 8.8 44马兰矿1 2 5 1 15.8 7 1 0.2 92 7.1 1 4 1.4 35马兰矿1 8 3 0 18.5 8 1 3.0 03 8.4 4 4 9.6 46东曲矿2 8 8 0 61 5.9 8 2 0.9 85 3.0 5 7 0.8 57东曲矿1 8 3 1 11 3.2 6 1 8.2 64 8.8 9 6 6.6 98东曲矿2 8 2 0 61 5.8 8 2 0.8 85 2.9 2 7 0.7 29屯兰矿2 8 1 2 01 2.8 9 1 7.8 94 8.2 6 6 6.0 61 0镇城底2 8 1 0 39.0 1 1 3.4 13 6.0 7 4 7.6 71 1镇城底2 8 1 0 79.3 5 1 3.7 53 6.9 5 4 8.1 53顶板破坏规律实测分析井下仰孔压水试验普遍用于采场顶层冒落带、导水裂隙带发育高度的测试2-3，其原理如图1所示。通过在钻孔内安放两个封堵胶囊，达到在钻孔特定深度注水的目的。根据不同钻孔不同深度注水的流失量，判别此处岩层的裂缝发育高度，裂缝越发育漏失量越大。图1井下仰孔压水试验法探测原理及结构以马兰矿1 8 3 0 1工作面为例，在其底抽巷布置两个钻孔，对采场煤层顶板“两带”进行测试，钻孔布置形式及井下相对位置如图2所示。测试孔最初采用1 2 7mm钻头钻进，当钻孔钻至较完整岩层时，安放直径1 0 8mm的套管，套管与孔壁间用高标号水泥封套管外壁，钻采用水泥浆液封堵。待套管安装牢固后，采用直径7 5mm的钻头继续钻进，钻孔施工完成后关闭套管上的阀门，避免瓦斯、积水流入施工巷道。经整理，得到漏失量随钻进深度的变化曲线，如图3所示。（a）钻孔布置剖面（b）观测位置平面图218301工作面“两带”观测孔施工地点范围图318301工作面顶板试验孔漏失量曲线如图2所示，D0 1孔角度为3 5，该试验孔的试验过程与其他孔的试验过程一样。为保证试验探测导水裂隙带发育高度的准确性，控制注水压力表数值为水头压力值加0.5M P a，确保孔内的注水压力为恒定值0.5M P a。当钻孔斜长小于3 5m时，钻孔位于保护煤柱内还未到达采空区上部，因此漏失量较小，当钻孔斜长为4 0m时，垂距为1 7.1 3m，距离采空区的真实垂距为2.1 3m，注水压力为0.5 2M P a，压水流量为5.7L/m i n，推测已经接近冒落带边界。当钻孔斜长在5 0 7 2m范围时，单位时间漏失量显著增大，且大于1 0L/m i n，判断此段为裂缝较为发育区域。当钻孔深度为1 1 2m时，注水压力为0.8 4M P a，压水流量为9 7江西煤炭科技2023年第1期序号测试地点采深/m煤层倾角/单轴抗压强度/MPa采厚/m工作面长度/m冒落带高度/m导水裂隙带高度/m1官地2 2 6 1 16 7 966 9.52.9 92 2 01 8.6 03 5.5 02官地2 8 4 1 23 3 596 9.54.5 61 9 31 6.3 04 3.0 03东曲2 8 8 0 63 3 345 1.54.8 32 2 61 8.0 04 1.0 04东曲2 8 2 0 62 5 545 1.54.7 91 7 01 8.0 03 6.7 55东曲1 8 3 1 12 3 145 1.53.7 71 7 91 6.0 03 3.0 06马兰1 0 7 0 24 0 245 5.02.0 82 1 61 6.7 85 3.0 87马兰1 2 5 1 13 5 935 2.82.4 71 9 61 7.8 95 6.7 18马兰1 8 3 0 14 7 045 9.64.52 2 52 1.0 04 2.0 09屯兰2 8 1 2 04 3 145 5.03.3 32 3 52 2.7 95 1.2 51 0镇城底2 8 1 0 33 0 81 14 1.74.51 1 51 2.8 95 9.0 01 1斜沟1 8 1 0 13 6 21 13 5.14.6 52 4 23 0.7 07 0.2 01 2斜沟1 8 1 0 23 5 81 13 3.94.7 22 9 23 2.0 07 4.8 01 3顾北煤矿1 2 3 24 7 41 36 7.03.5 02 5 01 7.3 32 4.0 91 4潘三矿1 2 1 14 0 81 31 0 4.43.3 01 4 01 4.5 03 0.9 01 5潘三矿1 7 1 13 6 01 44 0.13.4 01 5 41 6.3 07 0.7 01 6华蓥山龙滩煤矿3 1 1 5南4 0 01 54 6.02.5 02 4 09.4 05 6.3 71 7华蓥山绿水洞煤矿5 6 3 22 5 056 3.52.6 01 4 21 3.0 06 8.9 81 8潘三