关键词：底板；破坏带；探测技术
随着开采深度的加大，矿井水害日益严重。在我国煤矿生产中，已经发生了多起特大突水事故，给国家和人民造成了巨大的经济和精神损失。矿井突水的原因主要在三个方面：首先，地下开采引起的上覆岩层冒落、断裂、弯曲变形，直至地表形成地面沉陷，上覆岩体破坏裂隙波及含水层或地面水体，造成矿井涌水。其次，煤层底板及下伏岩层变形破坏，导致底板突水。再次，掘进头的突水，由于巷道掘进导通前方隐伏的含水、导水构造而造成突水。通过对以上三种突水原因的统计分析，结果显示我国底板突水的情况是最为严重的。张集煤矿A组煤开采受底板灰岩承压水威胁，A组煤底板破坏带发育深度及规律的研究对于底板突水预算、底板阻水能力评价及灰岩水害治理方案确定具有重要意义。
1 国内研究现状
煤层开采后不仅引起顶板岩层的移动和破坏，也将导致底板岩层在一定范围的移动和破坏，破坏范围将与开采范围及采空区周围的支承压力分布有关。
基于上述理论，根据文献检索资料，目前国内煤层开采底板破坏带深度的确定方法有以下四种：一是经验（统计）公式计算法；二是理论计算法；三是现场实测法；四是相似材料模拟试验法。其中现场实测法最为直接，对于现场安全生产最具指导意义，现场实测法又分为钻孔注水法、应力-位移监测法和物探监测法。
2 概况
张集煤矿1413A工作面面宽设计180m，布置四条巷道，其中两顺槽及切眼跟1煤顶板施工；高抽巷靠近轨顺侧内错40m，层位位于1煤顶板之上25至30m的砂岩中；西二-536m一灰疏水巷位于工作面中部（距轨顺120m，距运顺60m），层位位于1煤底板之下15至17m的一灰中。考虑到1413A工作面中部煤层底板下方约15m处为西二1煤-536m一灰疏水巷及三灰探放水斜巷，具备施工底板注水钻孔的有利条件，确定本项目采用钻孔注水法。
3注水钻孔设计
3.1 底板破坏带深度预计
根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》底板采动导水破坏带深度的统计计算公式：
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3.2 注水钻孔参数
根据底板破坏带深度预计值，注水钻孔设计分为两组，第一组施工位置位于2#探放水斜巷上平巷S3点处，设计钻孔6个，终孔位置分别位于1煤层底板以下18m、20m、22m、24m、26m、30m，钻孔平距均为30m。
第二组钻孔布置在1413A工作面底板-536m灰岩疏水巷2#探放水斜巷下平巷处。设计钻孔5个，终孔位置分别位于1煤层底板以下19m、20m、21m、22m、18m。
3.3 钻孔结构及止水套管
开孔至终孔前0.5m为φ133mm孔径，至终孔下入φ91mm全程套管；内径为φ75mm孔径。
4 观测数据分析
4.1 观测要求
注浆封孔后，进行扫孔露头，预注水，确保泄压时间在5min以上，如不满足重新进行注浆扫孔。
待回采时对各个孔进行注水，记录升压时间、最高水压、泄压时间、泄压范围等数据，并记录工作面推进距离。
分析、整理数据。
4.2 第一组注水钻孔观测数据
第一组注水钻孔自8月20日开始观测，1-1#孔（终孔位于煤层底板深度19m）9月1日观测注水升压苦难，最高升压到3Mpa，表明底板破坏带深度已至此终孔位置（煤层底板深度19m），该孔9月2日至4日升压依然困难，表明终孔处裂隙发育，进一步表面该孔附近底板已收到采动影响，被破坏。1-2#孔（终孔位于煤层底板深度20m）9月2日观测升压困难，表明底板破坏带深度已发展至20m或20m以下深度。然而，1-3#（终孔位于煤层底板深度21m）、1-4#（终孔位于煤层底板深度22m）、1-5#（终孔位于煤层底板深度26m）、1-6#孔（终孔位于煤层底板深度28m）整改观测过程，未发现升压困难、升压注水量明显增大的现象，表明底板破坏带深度为发育至这些孔终孔附近。由于1-3#孔终孔位于煤层底板深度21m，综合分析认为该组注水钻孔测得底板破坏带最大深度为20.5m。
根据前西德学者雅可毕理论，随着工作面的推进底板破坏范围也将不断向前延伸下去，而且破坏最深部位大概要比工作面超前50米左右。绘制出第一组“支承压力形成的底板破坏深度”模式图，如图1。
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图1 第一组“支承压力形成的底板破坏深度”模式图
4.3 第二组注水钻孔观测数据
第二组注水钻孔自8月13日开始观测，2-5#孔（终孔位于煤层底板深度18m）9月1日观测发现最高水压2Mpa，开始出现升压困难现象，同日观测到2-1#孔（终孔位于煤层底板深度19m）升压困难，最高水压1Mpa，表明底板破坏带深度为发育至这些孔终孔附近。9月2日2-5#孔（终孔位于煤层底板深度18m）、2-1#孔（终孔位于煤层底板深度19m）和2-2#孔（终孔位于煤层底板深度20m）均出现注水升压困难，升压注水量高的现象，9月3日2-3#孔（终孔位于煤层底板深度21m）开始出现升压困难现象，2-4#孔（终孔位于煤层底板深度22m）整改观测过程，未发现升压困难、升压注水量明显增大的现象，表明底板破坏带深度未发育至该孔终孔附近。综合分析认为该组注水钻孔测得底板破坏带最大深度为21.5m。
5 结束语
通过第一组、第二组注水试验数据分析，1413A工作面底板破坏带最大深度为21.5m，位于工作面两巷下方；工作面中部底板破坏带深度为20.5m，底板破坏带呈马鞍状，与理论计算值接近，最大破坏带深度地层岩性位于1灰底板。本项目为张集矿首次采用井下现场钻孔注水实测法监测A组煤首采面底板破坏带发育深度，利用1413A工作面中部底板以下15m处的西二1煤-536m一灰疏水巷及三灰探放水斜巷，施工工作面底板注水钻孔，通过对比分析采动前后的钻孔压水漏失量和压力变化情况，确定工作面底板的破坏带深度，从而大大降低了探查难度，节省大量人力和工程成本，对于张集矿A组煤工作面开采具有指导意义。
论文作者:徐世勇
论文发表刊物:《科学与技术》2019年第18期
论文发表时间:2020/3/16
标签：底板论文; 深度论文; 煤层论文; 钻孔论文; 工作面论文; 疏水论文; 水害论文; 《科学与技术》2019年第18期论文;