张家峁煤矿15204工作面导水裂隙带高度探测

收稿日期：２０１４－１１－１３作者简介：王宏科（１９７５—），男，陕西扶风人，１９９９年毕业于华东地质学院，工程硕士，高级工程师，从事矿井地质工作。

问题探讨张家峁煤矿１５２０４工作面导水裂隙带高度探测王宏科１，蒋泽泉２，郭亮亮２（１．陕煤集团神南矿业公司，陕西神木　７１９３１５；２．陕西省煤田地质局一八五队，陕西榆林　７１９０００）摘　要：张家峁井田含煤５层，研究采煤工作面导水裂隙带发育高度，不仅涉及矿井充水含水层分析和涌水量预测，而且对于含水层结构和常家沟水库水源地保护都具有重要价值。

通过对开采５－２煤层的１５２０４长壁综采工作面的探测，确定了导水裂隙带高度为６５畅１０～６９畅１７ｍ。

其４－２煤层开采导水裂隙带局部地段已延伸至地表。

５－２煤层开采导水裂隙带已延伸至４－２煤层底板以上，在接近沟谷上覆基岩厚度较薄地段已延伸至土层，局部地段延伸至地表。

虽然各煤层间含水层含水性极弱，层层累加的采空区积水可能会对矿井造成较大危害。

关键词：导水裂隙带；保水采煤；钻孔成像（井下电视）；两带探测方法中图分类号：ＴＤ７４２＋畅３ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１６７１－７４９Ｘ（２０１５）０２－００３１－０４Study on the height of water flowing fractured zone in №１５２０４working face of Zhangjiamao Coal MineＷＡＮＧＨｏｎｇ－ｋｅ１，ＪＩＡＮＧＺｅ－ｑｕａｎ２，ＧＵＯＬｉａｎｇ－ｌｉａｎｇ２（１．Shennan Mining Co ．，Ltd of SHCCIG ，Shenmu ７１９３１５，China ；２．№１８５Team of Shaanxi Coalfield Geology Bureau ，Yulin ７１９０００，China ）Abstract ：ＺｈａｎｇｊｉａｍａｏＣｏａｌＭｉｎｅｃｏｎｔａｉｎｓ５ｌａｙｅｒｓｏｆｃｏａｌｓｅａｍ．ＴｈｅｒｅｓｅａｒｃｈｏｆｔｈｅｈｅｉｇｈｔｏｆｗａｔｅｒｆｌｏｗｉｎｇｆｒａｃｔｕｒｅｄｚｏｎｅｉｎｃｏａｌｗｏｒｋｉｎｇｆａｃｅｈａｓｉｍｐｏｒｔａｎｔｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅｆｏｒｔｈｅｐｒｅｄｉｃｔｉｏｎｏｆｗａｔｅｒｉｎｆｌｏｗａｎｄｗａｔｅｒｓｏｕｒｃｅｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｏｆＣｈａｎｇｊｉａｇｏｕｒｅｓｅｒｖｏｉｒ．Ｂｙｔｈｅａｃｔｕａｌｄｅｔｅｃｔｉｏｎｉｎ№１５２０４ｆｕｌｌｙｍｅｃｈａｎｉｚｅｄｍｉｎｉｎｇｆａｃｅ，ｔｈｅｈｅｉｇｈｔｏｆｗａｔｅｒｆｌｏｗｉｎｇｆｒａｃｔｕｒｅｄｚｏｎｅｉｓ６５．１０～６９．１７ｍ．Ｔｈｅｗａｔｅｒｆｌｏｗｉｎｇｆｒａｃｔｕｒｅｄｚｏｎｅｏｆ４－２ｃｏａｌｓｅａｍｈａｓｅｘｔｅｎｄｅｄｔｏｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｉｎｌｏｃａｌａｒｅａ．Ｔｈｅｗａｔｅｒｆｌｏｗｉｎｇｆｒａｃｔｕｒｅｄｚｏｎｅｏｆ５－２ｃｏａｌｓｅａｍｈａｓｅｘｔｅｎｄｅｄｔｏ４－２ｃｏａｌｓｅａｍｆｌｏｏｒ，ｔｏｓｏｉｌｌａｙｅｒｉｎｔｈｉｎｂｅｄｒｏｃｋａｒｅａｎｅａｒｖａｌｌｅｙｅｘ－ｔｅｎｄｓａｎｄｔｏｔｈｅｓｕｒｆａｃｅｉｎｌｏｃａｌａｒｅａ．Ａｌｔｈｏｕｇｈｗａｔｅｒｃｏｎｔｅｎｔｏｆｅａｃｈａｑｕｉｆｅｒｉｓｅｘｔｒｅｍｅｌｙｗｅａｋ，ｔｈｅｇｏａｆｗａｔｅｒｍａｙｃａｕｓｅｈａｒｍｔｏｔｈｅｍｉｎｅａｆｔｅｒｍｕｌｔｉ－ｃｏａｌｓｅａｍｍｉｎｉｎｇ．Key words ：ｗａｔｅｒｆｌｏｗｉｎｇｆｒａｃｔｕｒｅｄｚｏｎｅ；ｗａｔｅｒ－ｐｒｅｓｅｒｖｅｄｍｉｎｉｎｇ；ｂｏｒｅｈｏｌｅｉｍａｇｉｎｇ（ｕｎｄｅｒｇｒｏｕｎｄＴＶ）；ｄｅｔｅｃｔｉｏｎｍｅｔｈｏｄｏｆ“ｔｗｏｚｏｎｅｓ”０　引言我国西部煤炭资源丰富，生态环境脆弱，采煤对地下水的影响成为制约煤矿区环境保护的关键因素，为此，范立民最早提出了保水采煤问题及实现途径，并进行了深入研究。

近年来，随着保水采煤技术的发展和工程实践的丰富，研究“两带”发育高度成为保水采煤目标实现的基础研究内容之一。

我国对于“两带”的研究已经取得了大量成果，近年来随着综采技术的推广应用，一些新技术新方法不断得到应用，王连国等（２０１２）从不同岩性岩层破坏特征出发，结合岩层承载能力、变形能力分析，以及采动过程中覆岩相关物理量变化的分析，给出１３第２期王宏科　蒋泽泉　郭亮亮　张家峁煤矿１５２０４工作面导水裂隙带高度探测了一种预计导水裂隙带高度的力学模型，并分析了大柳塔１２６１０工作面导水裂隙带高度。

安泰龙（２０１０）通过ＲＦＰＡ２Ｄ数值模拟软件，分析了神东矿区补连塔煤矿３１４０１综采工作面采动过程中覆岩的运动规律和导水裂隙的发育情况。

胡小娟等（２０１２）在分析了导水裂隙带发育高度受多种因素影响的前提下，提出了新的参数指标即硬岩岩性比例系数，代替顶板岩层单轴抗压强度，避免了现行规范中坚硬、中硬、软弱、极软弱顶板类型划分时单轴抗压强度统计不确定问题，以及未反映顶板软硬岩层组合结构问题。

王双明、范立民等（２０１１）设计了一种采空区裂隙带注水观测系统，进行了裂隙带发育高度的分段精准测量。

范立民（２０１３）设计了地下水水位分层监测装置，可以在一个监测井中对采空区不同的含水层水位进行实时监测，以判断“两带”发育区地下水渗漏程度。

闫朝波（２０１１）研究了张家峁煤矿突水危险性。

孔庆先等（２０１３）探测了宁夏红柳煤矿裂隙带高度，钻孔彩色电视观测最精准，瞬变电磁法仅能确定大致的裂隙带发育范围。

孙少平等（２０１１）利用测井曲线解释了导水裂隙带发育高度。

为了掌握张家峁煤矿煤层开采导水裂隙带发育高度，指导矿井的防治水工作和保护常家沟水库水源地，在１５２０４工作面施工了两个导水裂隙带高度探查钻孔，采用钻孔岩心观测、简易水文观测和智能钻孔全景成像测井法，综合探测“两带”发育高度。

本文就“两带”发育高度探测进行简要分析。

１　钻孔探测１畅１　钻孔岩心观测法本次施工了２个钻孔，分别布置在１５２０４长壁综采面采空区，ＺＫ１３号钻孔距离开切眼位置３５ｍ，ＺＫ１５号钻孔距离开切眼位置２７０ｍ（图１）。

图１　导高探查钻孔平面位置图１５２０４长壁综采工作面宽度３００ｍ，主采５－２煤层，采厚６畅０ｍ，煤层埋深２６畅３～１７５畅３ｍ，至钻孔施工时已经回采近３个月，采空区已经达到稳定，满足相关标准的要求。

钻孔施工过程循环液采用清水，钻孔实际孔径１０８ｍｍ，满足设计要求的钻孔直径不小于９１ｍｍ。

钻孔位置均有较厚的第四系砂层和黄土，开孔采用麻花钻干钻，判定是否在松散砂层存在有潜水，若无水位或见黄土之后采用清水循环钻进，每个回次长度控制小于４ｍ，裂隙带小于２ｍ，钻进穿过煤层底板后终孔，完成观测后利用混凝土进行封孔。

ＺＫ１３号钻孔成果资料：钻孔揭露松散砂层厚度１６畅１０ｍ，黄土层厚度１１畅８０ｍ，无保德组红土，下部为延安组含煤地层地层，岩性主要为砂岩及粉砂岩。

在导水裂隙带以下岩石垂向裂隙普遍发育，但由于岩体整体垮落，局部还存在较完整的柱状岩芯，所取岩样普遍破碎。

ＺＫ１３号钻孔的导水裂隙带高度及冒落带高度判定结果：根据钻孔浆液消耗量及孔内水位观测成果资料、岩芯编录资料以及钻孔智能成像测井资料，在孔深２７畅１０ｍ时钻孔浆液漏失，且孔内水位大幅度下降，孔内影像显示岩壁垂直裂隙已发育至套管端口（２９畅８０ｍ）以上；孔深６０畅９４ｍ时钻孔浆液完全漏失、孔内无水位，岩石非常破碎，且垂直裂隙发育明显增多，吸风量增大。

经综合分析确定该处导水裂隙带已延伸至土层以上，钻孔深度６０畅９４ｍ为冒落带的顶界面，煤层在此处的底板在９３畅００ｍ，此处煤层采厚６畅００ｍ，冒落带高度为３２畅０６ｍ，冒采比为５畅３４。

ＺＫ１５号钻孔成果资料：揭露松散砂层厚度４畅８５ｍ，黄土层厚度１６畅７１ｍ，无保德组红土，下部为延安组含煤地层地层，岩性主要为砂岩及粉砂岩。

通过钻孔岩芯编录在导水裂隙带顶端可以发现明显垂直裂隙，岩石局部较破碎，大部呈柱状，以下岩层垂向裂隙有不同程度的发育，但由于岩体整体垮落，在下部靠近冒落带上方还存较完整岩芯，呈柱状，如图２所示。

图２　ＺＫ１５号钻孔局部岩芯特征２３陕　西　煤　炭 ２０１５年１畅２　孔壁彩色电视观测ＺＫ１５号钻孔“两带”观测结果：根据观测成果资料、岩芯编录资料以及数字影像测井资料，在孔深１４畅１０～１５畅８１ｍ时钻孔浆液消耗量开始剧增，３０畅０２～３１畅８２ｍ孔内浆液３次中断循环，孔内水位较小幅度下降，岩芯编录资料显示在孔深２９畅８３ｍ处见有新鲜垂直裂隙发育，孔内影像显示在孔深３０畅７０ｍ以下岩壁均有垂直裂隙发育；在孔深５５畅９２ｍ时钻孔浆液完全漏失、孔内无水位，岩石较破碎，局部有垂直裂隙发育，孔内影像显示在孔深６２畅００ｍ以下岩壁垂直裂隙发育剧增。

经综合分析确定该处导水裂隙带高度已延伸至土层以上，钻孔深度６２畅００ｍ为冒落带的顶界面，煤层在此处的底板在８９畅７０ｍ，此处煤层采厚６畅００ｍ，因此冒落带高度为２７畅７０ｍ，冒采比为４畅６２。

２　导水裂隙带发育高度及充水含水层２畅１　导水裂隙带发育高度计算及综合分析导水裂隙带发育高度计算：①规范经验公式。

根据区内主要可采煤层覆岩饱和抗压强度试验成果，煤层顶板均属中硬岩类，选用枟矿区水文地质工程地质勘探规范枠（ＧＢ／Ｔ１２７１９－９１）（简称“规范公式”）和枟建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程枠公式一及公式二，中硬岩类导水裂隙带高度计算公式，对本次实施导高探测位置的导水裂隙带发育高度进行计算。

该处煤层累计采厚为６畅００ｍ，枟规范枠公式计算导水裂隙带高度为８９畅６１ｍ，枟规程枠公式一计算导水裂隙带高度为５１畅０５ｍ，枟规程枠公式二计算导水裂隙带高度为５８畅９９ｍ；②线性拟合公式。

依据枟神南大型矿区煤炭开采水资源动态及保水技术研究报告枠，神南矿区煤层开采导水裂隙带高度经验计算公式，对本次实施导高探测位置的导水裂隙带发育高度进行计算。

该处煤层累计采厚为６畅００ｍ，线性拟合公式计算导水裂隙带高度为７１畅０９ｍ。

导水裂隙带发育高度综合分析：采用枟矿区水文地质工程地质勘探规范枠（ＧＢ／Ｔ１２７１９－９１）中硬岩类导水裂隙带高度计算公式和枟建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程枠公式一及公式二，中硬岩类导水裂隙带高度计算公式，以及神南矿区导水裂隙带高度线性拟合计算公式，对１５２０４工作面５－２煤层开采导水裂隙带发育高度进行计算，详见表１。

表１　５－２煤层实测导水裂隙带高度与计算高度对比表煤层采高／ｍ枟规范枠公式／ｍ枟规程枠公式／ｍ枟规程枠公式／ｍ线性拟合公式／ｍＺＫ１３钻孔实测／ｍＺＫ１５钻孔实测／ｍ６畅００８９畅６１５１畅０５５８畅９９７１畅０９＞６５畅１０＞６９畅１７ 经计算数值与实测结果对比分析，得出枟规范枠公式计算值较大，经验线性拟合公式计算结果差比较接近，枟规程枠（公式一）和枟规程枠（公式二）计算值较小。