巨野煤田大采深采煤工作面导水裂隙带发育高度探查研究_初月明.pdf

2072023 年第 2 期初月明等：巨野煤田大采深采煤工作面导水裂隙带发育高度探查研究初月明等：巨野煤田大采深采煤工作面导水裂隙带发育高度探查研究巨野煤田大采深采煤工作面导水裂隙带发育高度探查研究初月明 曲延涛（山东能源龙口矿业集团有限公司，山东 烟台 265700）摘 要 通过钻孔并行电法测试技术在巨野煤田大采深采煤工作面的应用，对郓城煤矿 1302 工作面进行了采动覆岩导水裂隙带现场勘探试验，从而得出巨野煤田大采深煤层顶板“两带”发育高度值，研究得出 1302工作面岩层破坏从两端扩展到中间区域，呈“鞍形分布”破坏状态。1302 工作面导水裂隙带高度为 59 m。关键词 井下钻孔并行电法；导水裂隙带；发育高度中图分类号 TD745 文献标识码 B doi:10.3969/j.issn.1005-2801.2023.02.071Exploration and Study on the Development Height of Water Conducted Zone in Large Mining Depth Coal Face in Juye CoalfieldChu Yueming Qu Yantao(Shandong Energy Longkou Mining Industry Group Co.,Ltd.,Shandong Yantai 265700)Abstract:By using the parallel electrical testing technology of underground drilling in the large mining depth coal face of Juye Coalfield,the field exploration test of the mining overburden water-conducting fracture zone of Yuncheng Coal Mine 1302 working face was carried out,and the development height value of the two zones of the roof of the large mining depth coal seam in Juye Coal Field was obtained,and the rock strata damage of the 1302 working face expanded from both ends to the middle area,showing a saddle distribution damage state.The height of the water diversion fracture zone of working face 1302 is 59 m.Key words:parallel electrical method for underground drilling;water conducted zone;development height收稿日期 2022-08-01作者简介 初月明（1974），男，山东烟台人，2017 年毕业于山东科技大学采矿工程专业，本科，采煤工程师，现从事采掘管理技术工作，研究方向：矿山采掘技术。初月明等：巨野煤田大采深采煤工作面导水裂隙带发育高度探查研究初月明等：巨野煤田大采深采煤工作面导水裂隙带发育高度探查研究1 概况李楼煤业 3 煤层是主要开采煤层，主要含煤地层为石炭系太原组和二叠系山西组。新生界地层厚度 472.80591.30 m，平均 518.39 m，中部相对厚，北厚南薄。上部覆盖地层为新近系松散-半胶结砂泥地层和第四系。1302 工作面布置在矿井的开拓大巷以北，工作面以南是 2 煤可采边界线，八里庄断层在工作面以西。地面位置对应的是保护李河崖、李庄、西孙庄的村庄煤柱范围。工作面布置在 3 煤，平均开采深度 802.6 m，地面海拔+40.5345.89 m。工作面走向距离 684 m，倾斜距离 121.5 m，面积83 106 m2。煤层及顶底板情况见表 1。1302 工作面煤层倾角从 3到 6不等，厚度从 5.4 m 到 7.2 m 不等，共发现断层 27 条（3 m的 5 条，落差最大 13 m 左右）。该工作面直接充水含水层为 3 下煤层顶底板砂岩水（3 砂水）和三灰岩层水，Yf5-1、Yf5-2 两条较大断层从工作面穿过，断层隔水，但受开采影响有较大可能形成导水型，导通上石盒组砂岩水。为了保证安全回采，回采以前，3 砂和三灰含水层在掘进施工中均设计施工了钻孔，以便进行疏放工作。在工作面回采以前，所有 3 砂钻孔已疏放完毕，突水系数下降到 0.04 MPa/m，低于临界突水系数，具备了开采条件。由于 3 下煤层顶底板砂岩和三灰岩层含水量不均匀，钻孔疏放无法做到全覆盖，因此，顶板 3 砂水和底板 3 灰水可能对工作面的回采造成一定影响。预测正常涌水量将达到 150 m3/h 左右，最大涌水量将达到 225 m3/h 左右。2082023 年第 2 期表 1 1302 工作面煤层及顶底板情况煤层情况煤层厚度/m5.47.2煤层结构煤层倾角/（）686.82.4（0.03）3.86（0.15）0.36可采指数1变异指数/%24稳定程度稳定煤层通过掘进施工探明，煤层厚度平均 6.8 m，倾角 6 8之间；含 2 层夹矸，主要为砂质泥岩，厚度 0.030.15 m煤质情况M/%A/%V/%QDTg（cal/g）FC/%S/%Y工业牌号215.3836.87691084.50.414.11/3JM地质报告表明，该煤层属于低硫、中灰、高挥发、高发热量的 1/3 焦煤煤层顶底板顶底板名称厚度/m特征基本顶细砂岩12.9灰白色，呈倾斜理，裂隙发育直接顶砂质泥岩1.2薄层状，呈深灰色，水平层理直接底泥质砂岩1.8块状构造，含炭质，呈棕色基本底粉砂岩7.0灰、深灰色块状，具裂隙2 导水裂隙带发育的物探探查并行电法是直流电阻率法的一种，是在并行电法勘探基础之上发展起来的一项新的物探技术。1302 工作面中存在断层等地质构造，一旦开采，必将打破地层原有的电性分布规律，因此，该工作面水文地质条件基本具备并行直流电法探测的地球物理基础。通过现场的勘测，在 1302 工作面胶带顺槽中设计施工钻孔，采用并行电法技术进行物探探查，摸清开采过程中大采深厚煤层顶板的破坏和运动规律，必将更好指导相关矿井的安全生产工作。2.1 观测系统布置新型物探技术相对于传统的物探技术而言更为简单。在工作面回采之前，在煤体没有受到破坏的情况下，通过在采掘巷道顶板上设计仰孔钻孔，在钻孔内布置采集系统，然后井上下联通形成地下观测系统。现场钻孔的布置和设计，需要参考工作面推进方向，方位向工作面倾斜。水平方位角设计控制在090之间，倾角设计控制在4060之间。覆岩破坏电阻率法动态监测观测系统示意图如图 1所示。图1 覆岩破坏电阻率法动态监测观测系统示意图（沿走向）2.2 动态监测系统构成该套动态监测系统简约便捷，通过电脑端的专门软件直接编辑指令就可以实现监测系统的动态不间断管理，实施远程的不间断监测。通过收集大量的实时数据，系统会自动生成电压、电流数据曲线图，能够根据相关数据进行实时的分析处理，极大地减轻了技术人员的工作量。2.3 现场施工根据设计，结合现场实际，在胶带顺槽的 2 号钻场设计施工两个钻孔，分别是 1 号钻孔和 2 号钻孔。1 号钻孔较 2 号钻孔更深、更高，全部向工作面方向施工，如图 2。图 2 监测钻孔位置分布因现场施工条件受限，实际施工钻孔与设计稍有调整，但在控制范围之内，其实际相关参数见表2。1 号钻孔内设计安装 64 个电极，每个电极间距控制在 2.0 m，自上而下顺序为 161，剩余的 62 号至 64 号电极位于钻孔以外，61 号电极设计在钻孔2092023 年第 2 期初月明等：巨野煤田大采深采煤工作面导水裂隙带发育高度探查研究初月明等：巨野煤田大采深采煤工作面导水裂隙带发育高度探查研究口位置，这样就实现了对 3 煤层和钻孔所形成三角形空间的监测。为了测控顶板导水裂缝带的高度，控制范围沿煤层水平距离 79.6 m，垂直高度 77.1 m。2号孔稍微偏向工作面内部，在孔内配置48个电极，极距离为 1.7 m，从下到上的顺序为 148，第 48 号电极设计在距孔口 0.1 m 的位置。主要目的是实现对顶板垮落带高度的观测，控制范围为巷道水平距离 65.1 m，垂直高度 27.4 m，如图 3 所示。表 2 现场监测钻孔相关参数表孔号位置与巷道夹角/（）倾角/（）孔深/m钻孔控制范围1#胶带顺槽3040120控制垂高 77.1 m，平距 79.6 m2#胶带顺槽302080控制垂高 27.4 m，平距 65.1 m 图 3 电法探测孔所在范围地质剖面图根据施工进度安排，结合现场的生产实际，于2017 年 1 月 6 日至 1 月 8 日共 3 d 在井下完成了 1号钻孔和 2 号钻孔的数据采集系统现场安装。安装完成后，系统进行了整体调试，并于 2017 年 1 月 9日进行了首次采集电法相关数据，期间每天进行相关数据采集，2 月 26 日完成了最后一次的相关数据采集。根据系统要求，期间每日实测数据需要 3 组，分别是 AM 数据 2 组和 ABM 数据 1 组。表 3 监测孔电法数据采集情况表序号采集日期距孔口距离/m采集方法（次数）有效数据物理点数距孔口平距12017/01/0999.6AM 法（4 次），ABM 法（2 次）6463=403222017/01/1484.4AM 法（4 次），ABM 法（2 次）6463=403232017/01/1581.2AM 法（4 次），ABM 法（2 次）6463=403242017/01/1678.8AM 法（4 次），ABM 法（2 次）6463=403252017/01/1776.4AM 法（4 次），ABM 法（2 次）6463=403262017/01/1970.8AM 法（4 次），ABM 法（2 次）6463=403272017/01/2165.2AM 法（4 次），ABM 法（2 次）6463=4032序号采集日期距孔口距离/m采集方法（次数）有效数据物理点数距孔口平距82017/01/2358.8AM 法（4 次），ABM 法（2 次）6463=403292017/02/0346.3AM 法（4 次），ABM 法（2 次）6463=4032102017/02/0540.4AM 法（4 次），ABM 法（2 次）6463=4032112017/02/0734AM 法（4 次），ABM 法（2 次）6463=4032122017/02/0928.4AM 法（4 次），ABM 法（2 次）6463=4032132017/02/01518AM 法（4 次），ABM 法（2 次）6463=4032142017/02/1714AM 法（4 次），ABM 法（2 次）6463=4032152017/02/1911.6AM 法（4 次），ABM 法（2 次）6463=4032162017/02/2110.8AM 法（4 次），ABM 法（2 次）6463=4032172017/02/239.2AM 法（4 次），ABM 法（2 次）6463=4032182017/02/247.6AM 法（4 次），ABM 法（2 次）6463=4032192017/02/257.6AM 法（4 次），ABM 法（2 次）6463=4032202017/02/267.6AM 法（4 次），ABM 法（2 次）6463=40322.4 数据处理通过“电阻率数据分析系统”对数据进行分析处理，能够直观地将分析后的数据形成图表，通过进一步的分析比较，能够及时更正、处置现场的系统故障，确保系统的正常运行。3 结论（1）1302 工作面上部岩