深部大采高工作面覆岩“三带”发育高度实测

煤层顶板岩性多为砂质泥岩,底板岩性多为砂质泥
和垮落带 一 起 通 常 被 称 为 导 水 裂 隙 带. 研 究 覆 岩
岩、泥岩.红庆河煤矿瓦斯含量低,煤尘具有爆炸
接决定了工作面矿压显现的强度.裂隙带是岩层破
“三带”发育特征 对 指 导 矿 井 安 全 生 产 具 有 重 要 的
实用价值.
当前我国煤矿主要采用的覆岩 “三带”测试方
侏罗系中下统延安组 ３
Ｇ
１ 煤 层, 该 煤 层 可 采 厚 度
０
８０~８
４５ m, 平 均 厚 度 ６
１４ m, 可 采 面 积
２
１８１
０６km ,赋存 深 度 ５８３
５５~８６１
９０ m, 平 均
为 ２１
８５ MPa,直接 顶 和 基 本 顶 顶 板 整 体 性 较 好,
２ “三带”测试方案
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用于胶囊膨胀封堵,一路用于封堵段进水测漏.为
了简化测试系统,对封隔器进行改进,在两胶囊之
间增加定压阀,定压阀压力可调,利用胶囊膨胀压
力与定压阀开启压力之间的压差,一趟进水系统即
深部大采高工作面覆岩 “三带” 发育高度实测
可同步完成封孔、测漏.封隔器实物如图 ３ 所示.
３ 测试过程
３
１ 管路连接
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压力影响.
图 １ 井下钻孔施工位置示意图
２
２ 钻孔参数确定
２
２
１ 经验公式计算
高度计算公式如下:
根据类似开采条件大采高综采工作面冒落带和
导水裂隙带高度拟合公式进行计算.其中,冒落带
４２
２９x２ ＋３３７
３０５x －１００５
６２３ (
１)
y冒 ＝－２７
式中:y冒 ———冒落带高度,m;
高度约为 ９５ m.
孔径
/mm
孔深
/m
垂高
/m
仰角 方位角
/(
°) / (
°)
７５
１８７
１２１
４０
５
２ 号观测孔
７５
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１８７
１２５
１２１
４５
９０
４０
５
９８
８２
图 ２ 井下仰斜钻孔设计示意图
２
３ 改进型封隔器
以往井下仰孔测漏法所采用的双端胶囊封孔器
与钻杆是独立的进水系统,即两路进水系统,一路
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煤层开采后上覆岩层中形成的垮落带、裂隙带
和弯曲下沉带简 称 为 “三 带”, 其 发 育 特 征 和 覆 岩
碎胀系数比 较 大, 一 般 达 到 １
１~１
５, 其 最 大 高
１２):４１－４５

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深部大采高工作面覆岩 “三带” 发育高度实测
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４１
断后,岩块仍 然 排 列 整 齐 的 区 域,碎 胀 系 数 较 小,
７１８
６０ m. 该 煤 层 结 构 较 简 单, 一 般 不 含 夹 矸,
柱宽度为 ４０ m.
根据现场取样及 实 验 室 测 试,３
Ｇ
１煤层的单轴
抗压强度为 ２３
８８~４０
８１ MPa,平均 ２９
５６ MPa,
煤层中硬以上.直接顶砂质泥岩平均单轴抗压强度
失量,以此探测确定覆岩破坏高度;其原理是覆岩
为 ２４
７０ MPa,基本顶中粒砂岩平均单轴抗压强度
即垮落带水的漏失量大,裂隙带水的流失量次于垮
x———采高,m.
中国煤炭第 ４４ 卷第 １２ 期 ２０１８ 年 １２ 月
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导水裂隙带高度计算公式如下:
４１x ＋２６０９
０５x －７５３８
７ (
２)
y导 ＝－２２２
式中:y导 ———导水裂隙带高度,m.
２
红庆 河 煤 矿 ３
试结果表 明, 采 高 ６ m 时, 冒 落 带 高 度 达 到 ４３
５ m, 冒 采 比 ７
２５; 导 水 裂 隙 带 高 度
１０６
１ m,裂采比 １７
７.该研究可为红庆河煤矿深部大采高开采水害防治及顶板控制等方面
提供实测依据.
关键词 深部矿井 大采高工作面 “三带”高度 仰孔测漏法 改进型封隔器
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但强度不大.
“三带” 的 破 坏 程 度 与 其 透 水 性 存 在 着 显 著 差 异,
落带,弯曲下沉带水的流失量很低.
本文以红庆河煤矿大采高工作面为背景,基于
改进型封隔器测试覆岩 “三带”发育高度,为工作
面顶板管理和出水防治工作提供基础参数和依据.
１ 试验工作面条件
红庆河煤矿位于东胜煤田新街矿区,当前开采
★ 煤炭科技 开拓与开采 ★
深部大采高工作面覆岩 “ 三带 ” 发育高度实测
李正杰１,２ 黄 锐３ 王业征３ 梁开宇３
(
１
天地科技股份有限公司开采设计事业部,北京市朝阳区,１０００１３;
２
煤炭科学研究总院开采研究分院,北京市朝阳区,１０００１３;
３
内蒙古伊泰集团有限公司红庆河煤矿,内蒙古自治区鄂尔多斯市,０１７０００)
物理力学 性 质 决 定 的. 垮 落 带 高 度 的 确 定 是 了 解
巷的布置层位和高抽钻孔的终孔层位的前提,并直
基金项目:国家自然科学面上基金 (
５１４７４１２８)
引用格式:李正杰,黄锐,王业征等 深部大采高工作面覆岩 “三带” 发育高度实测 [
J] 中国煤炭,２０１８,４４ (
１２):４１－４５
法包括井下 仰 孔 测 漏 法、微 震 监 测、电 法 测 试 等,
其中,井下仰孔测漏法原理简单,应用成熟,测试
精度高,测试费用相对较低,而微震监测和电法监
测测试程序 繁 琐,数 据 误 差 偏 大,费 用 相 对 较 高.
井下仰孔测漏法作为一种传统、可靠的上覆岩层裂
隙发育高度的确定方法,其实质是在井下工作面的
所示.
表 １ 井下仰斜钻孔施工参数
高度估计 １２~１５ 倍 的 采 高 (煤 层 开 采 高 度 按 照 全
钻孔
分布 (煤层 倾 角 １
°~３
°), 故 得 出 “两 带” 的 发 育
１ 号对比孔
根据以上两种计算方法,初步判断红庆河煤矿
３ 号观测孔
回采率的 ６
２３ m 计 算), 加 上 矿 区 内 煤 层 近 水 平
用高压胶 管 将 ３ MPa 静 压 水 源 与 压 力 表、 流
量计、水变、钻杆串联,连接处 用 生 胶 带 缠 绕 ３~
５ 圈,增加密封性以防漏水;压 力 表 和 流 量 计 相 邻
４３
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Ｇ
１４０１ 工 作 面 煤 层 厚 度 平 均
,
代入上述公式,得出
６
２３ m
６m ,
y冒 ＝３６
y导 ＝
.由此,导水裂隙带发育高度为
８３
３ m
８３
３ m.
２
２
２ 裂采比估算法
根据上覆岩层岩性和周期来压判断,本矿井的
顶板属于中等坚硬—偏软类型,顶板 “两带”发育
３－１４０１ 工作面回采后,其导水 裂 隙 带 最 大 发 育 高
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外围巷道或硐室中,向工作面斜上方打小口径仰斜
钻孔,超过预计的导水裂缝带顶界一定的高度,采
用胶囊对钻孔进行逐段封隔注水,测定各孔段的漏
性,３
Ｇ
１ 煤 层 自 燃 倾 向 性 为 Ⅰ 级 (容 易 自 燃 ), 煤
层开采过程中发生过冲击事件.
３
Ｇ
１４０１ 工作 面 为 矿 井 北 翼 首 个 大 采 高 综 采 工
２
１ “三带”观测孔位置确定
采用井下钻 孔 漏 失 量 法 实 测 ３
Ｇ
１４０１ 工 作 面 采
空区上覆岩层 “三 带”, 从 钻 孔 参 数 取 值 合 理 性 以
及钻机施工便利考虑,测试地点选择 ３－１４０１ 工作
面运输平巷 １１００ m 联 巷 内,如 图 １ 所 示,初 次 测
试时距离工作面约 ５００ m,保证顶板不受超前支承
作面,工 作 面 可 采 走 向 长 度 ２９４２ m, 倾 斜 长 度
２４１ m,煤 层 倾 角 １
°~３
°. 工 作 面 采 用 “两 进 一
回”布 置 方 式, 共 布 置 ３ 条 巷 道, 分 别 为 ３
Ｇ
１４０１
工作面回 风 平 巷、３
Ｇ
１４０１ 工 作 面 运 输 平 巷 以 及 ３
Ｇ
１４０２ 工作面 辅 运 平 巷, 运 输 平 巷 与 辅 运 平 巷 净 煤
中图分类号 TD３２５ 文献标识码 A
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