微山昭阳煤矿63209工作面提高开釆上限
导水裂隙带高度观测方案
山东科 技大学
新光集团有限公司昭阳煤矿
二o
—二年五月微山昭阳煤矿63209工作面导水裂隙带高度观测方案
目录
1生产地质条件...............................................1
1.1工作面位置及井上下关系.....................................1
1.2 觀........................................................1
1.3顶底板特征.................................................1
1.4 ±也质构造....................................................1
1.5水文地质...................................................2
1.6影响回采的其它因素.........................................2
2观测方法选择...............................................3
3导水裂隙带发育高度预计....................................5
3.1 覆岩破坏最大高度预计......................................5
3.2 覆岩最大破坏高度形成时间预计..............................5
3.3 S岩破坏带形态预计........................................5
4 观测布置方案...............................................6
5观测工程实施要求...........................................7
5.1井下钻窝的施工.............................................7
5.2井下仰孔的施工.............................................7
5.3井下仰孔分段注水观测.......................................7
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1生产地质条件
1.1工作面位置及井上下关系
63209工作面位于井田西部西六采区，东以F4断层保护煤柱线为界，西以F5
断层保护煤柱线为界，南部以63209工作面回风顺槽为界，北部以63209工作面
运输顺槽为界，垂深46米，走向长160米，倾向长103米，面积16480平方米。
工作面为新布釆区，东部临近西六采区运输上山，距离约30米，附近无相邻采掘 工作面，该工作面中上部下面为-400m水平运输、回风大巷，间距分别为31米和
54米。工作面对应地表为农田和树木，无建筑物。1.2煤层
63209工作面设计开釆煤层为3 T层煤，根据63209工作面运输顺槽、回风顺
槽、切眼掘进揭露的情况分析，该区域构造简单，裂隙不发育，煤层赋存稳定， 厚度在3.0-3.6之间，平均煤厚3.3m。1.3顶底板特征
63209工作面所采的3 了煤层为山西组煤系地层，煤层直接顶岩性为粉砂岩，
厚度4.0米，灰黑色，微波状水平层理发育，有少量黑色炭屑物，真密度2705kg/m3, 抗压强度（自然含水）75.9 Mpa,抗剪强度（45° ) 41.2 Mpa,普氏系数8.71。煤
层基本顶岩性为细砂岩，厚度10.0米，浅灰色，成分石英为主，少量长石及暗色矿
物，硅质胶结，上部微波状水平层理，呈互层状，有黑色炭屑，夹泥质团块，下
部夹有黄铁矿结核，具亮性滑面；煤层直接底岩性为泥岩，厚度1.75米，灰黑色, 较疏松，含少量炭屑及植物化石；煤层老顶岩性为粉细砂互岩，厚度8.0米，浅灰
色，间夹粉砂岩薄层。老顶初次来压对工作面影响一般持续2d〜3d,初次来压步距一般为20米〜35 米，工作面周期垮落步距为12米。本面开采的3 T煤层上部为3 ,煤层，两层煤的
层间距平均为20米，3 h层煤未开采。1.4地质构造
据现有巷道揭露情况，工作面有大断层两条即：F4断层和F5断层。F4、F5
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断层分别为南部、北部边界，开采时留设足够的防水保护煤柱。从巷道揭露情况 看，在工作面内存在落差较小的断层较多。
根据江苏省煤田地质勘探二队提供的地质报告，本井田位于秦岭纬向构造带 北支，丰沛隆起带，区内褶皱微弱，仅在勘探区西南角有东北向小褶皱。工作面
位于本矿区的西北部，工作面内褶曲不发育，对回釆没有影响。1.5水文地质
由于本采区为未采区域，故不受老空水威胁。该区域水文地质条件总体属简
单类型，本开采区上部有砂岩、粉砂质泥岩弱含水隔水层，虽然砂岩、粉砂岩有 裂隙、孔隙含水，出露于斜坡地带，但有泥岩、粘土岩阻隔分离。煤3 7距底板含
水层（三灰）平均51.6m,之间有多层粉砂岩、泥土岩等构成良好的隔水层，故三
灰水对施工基本无影响。63209工作面运输顺槽、63209工作面回风顺槽揭露F4
断层时，未有水涌出，仅有少量淋水，63209工作面运输顺槽揭露F5断层时少量
涌水，最大涌水量约0.02m3/h。第四纪松散层含水层距施工层位较远，其间有多层
隔水层，间隔水条件较好，故第四纪松散层含水层对本巷施工无影响。矿井涌水 以煤层顶板砂岩裂隙水和构造裂隙水形成矿井充水，因含水层的补给条件差、富
水性弱，经井上下观测结果分析，雨季降水对工作面的影响不大。根据采区实际 情况，预计工作面涌水量为0.02-0.05m3/h,目前矿井正常涌水量18〜24m3/h左右。1.6影响回米的其它因素
本工作面影响回釆的其他因素有瓦斯，瓦斯绝对涌出量1.2m3/min,釆面参考
值1.2 m3/min;C02相对涌出量2.02m3/t，绝对涌出量19.21 m3/min,采面参考值19.21
m3/min；煤尘爆炸指数，煤尘爆炸指数34.33%,具有强爆炸性；煤层自燃倾向性,
II类自燃煤层；无地温及冲击地压。工作面周围有两条落差较大的断层，预计其附近应力较集中，但对正常回釆
影响不大，主要加强顶板管理，采取有效支护。
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2观测方法选择
传统的采动导水裂隙带高度观测方法是地面钻孔冲洗液耗量法，需要在地面
上位于采空区回风巷或机巷两侧一定的范围内，以釆空区一侧为主施工数个钻孔,
通过钻进过程中钻孔冲洗液消耗量的变化，求得采动导水裂隙带高度和分布形态， 如图2.1所示。一旦煤层埋藏较深，不但耗费钻孔工程量较大，观测的准确度也难
以控制。地面钻孔
图2. 1地面钻孔冲洗液观测法 为了减少工程费以及提高观测的准确度，本次观测采用了井下仰孔分段注水
观测方法。该方法的性特点是在煤矿井下采煤工作面周围选择合适的观测场所，
例如可在相邻工作面的区段平巷或所测工作面的停采线或开切眼以外的巷道中开
掘钻场，向采空区上方打仰斜钻孔，钻孔应避开冒落带而斜穿裂缝带，达到预计
的裂缝带顶界以上一定高度，使用“钻孔双端封堵测漏装置”沿钻孔进行分段封
堵注水，测定钻孔各段水的漏失流量，以此了解岩石的破裂松动情况，确定裂缝 带的上界高度，观测原理及仪器结构如图2.2所示。该系统在结构上有两条通路，
充气通路和注水通路。由高压气体瓶充气控制台和孔内封堵胶囊组成充气通路； 由高压水、注水控制台、进水推杆和孔内注水探管组成注水通路。首先通过充气
通路给胶囊一定压力的气体使其膨胀，封堵孔内所在孔段的两端；然后通过注水
通路给胶囊向封堵段恒压注水，由注水控制台控制水压并读取注水流量。每测定
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一个孔段后，将封堵器的胶囊卸压，收缩卸压后，移至下一测段继续进行注水观
测，直到测出整个钻孔各段的漏失量，根据漏失量变化情况确定围岩破坏范围。
图2. 2观测原理及仪器结构
观测导水裂隙带高度的井下仰孔分段注水观测方法是由山东科技大学与淄博 矿务局共同研究发明的一种成功的新型岩体破坏探测技术，于1990年11月27日
通过专家技术鉴定。鉴定意见认为，该项技术方法与以往的传统方法相比，具有 “精度高、工程量少、投资省、观测效果明显”等优点，具有较普遍的适用性和
推广意义；观测设备“结构简单、操作方便，易于现场井下应用，所获资料可靠”,
“在全国煤炭系统属首次应用”。该技术方法和仪器设备均获得国家发明专利，并 于1993年在煤炭工业专利技术及产品信息交易会上被定为推广项目，获得荣誉证
书。该技术方法能在任意倾角的岩石钻孔内进行分段封堵注水，测定孔段漏失流
量，确定岩体的裂隙及松动状况，为安全防范及岩体加固提供参数；用于探测覆 岩裂缝带高度，比传统的地面钻孔冲洗液消耗量观测法节省工程费用70%以上，
具有准确度高的优点，还可用于探测煤层釆后底板破坏深度，为防治煤矿底板突
水提供资料。
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3导水裂隙带发育高度预计
覆岩破坏高度及形态受煤岩结构、覆岩岩性、煤体力学状态影响呈现高峰在
采空区边界内、外的多种形态，这将直接影响到探测的准确性问题。因此，合理
的观测方案必须以最大高度与形态预计都比较准确为前提。3.1 覆岩破坏最大高度预计
根据工作面顶板覆岩岩性条件，顶板岩层由粉砂岩、细砂岩等组成，根据其
强度3 T煤层顶板属于中硬偏硬地层，为保证探测范围超过实际破坏带高度，按中
硬岩层预计，按“三下”釆煤规程中公式进行，中误差取正值，其预计公式：
1 0(EM …H .. =------------±5.6 (1)1 1.6SM + 3.6
Hh = 20^~iv7+10 (2)
将煤层厚度按3.3m带入，得覆岩破坏预计高度为31.6-46.2m。为防止出现裂
高过大等异常情况，适当加大钻孔深度，至少延长5〜10m孔段的深度，以便测出
一定长度的不漏水孔段，作为确定裂隙带顶界的依据，实际最大控制高度为55m。3.2覆岩最大破坏高度形成时间预计
特殊开釆的研究和实践表明，覆岩破坏带发育有一个过程，在达到最大高度 以后，随工作面的推进和时间的延长，其顶部裂缝将逐渐受压密合而使高度回缩 下降。其中，采空区中部回降最大，而边界上则回降较小。根据研究资料，硬岩
地区覆岩破坏稳定的时间受釆厚、岩性、结构、开采方式等因素的影响，一般在 1〜2个月，甚至更长，而有实际应用价值的参数是覆岩最大破坏带高度。3.3覆岩破坏带形态预计
63209工作面倾角较小，属于缓倾斜煤层。根据已有研究成果，其最终形态总
体上为典型的“马鞍型”，但由于煤体条件以及自煤层开始自下而上覆岩强度组合
的不同，而破坏带最高点在釆空区边界的位置（边界内、外还是边界上）不同，
则预计本工作面破坏带形态为起点在煤体内部，边界逐渐向煤体转移、最高点在
开采边界釆空区内侧的“马鞍型”。
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