黄泥岩顶板导水裂隙带发育规律与防治水技术.pdf
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1、魏启俊(1988),男,助理工程师,043500 山西省临汾市。黄泥岩顶板导水裂隙带发育规律与防治水技术魏启俊(阳泉煤业集团翼城石丘煤业有限公司)摘要为解决石丘煤业黄泥岩顶板涌水问题,在工作面布置调查钻孔进行钻孔水位与钻孔漏失量分析,并结合数值模拟方法进行验证。结果表明:钻孔探测的导水裂隙带发育的顶点为143.89 m与147.12 m,工作面回采初次来压步距为90 m。当工作面推进300 m时,采空区中部的部分裂隙压实闭合,两侧裂隙带发育至地表;当发生覆岩涌水时,由于黄泥岩层的水化运移特性,导水通道主要为采空区两侧裂隙。裂隙带高度约159 m,是采高的26.50倍;冒落带高度为30 m,是采
2、高的5倍;弯曲下沉带高度为110 m。根据研究结果,提出了“探测+疏水+注浆”的综合防治技术体系以及黄泥岩层涌水的判别方法。关键词黄泥岩导水裂隙带钻孔探测数值模拟DOI:10.3969/j.issn.1674-6082.2023.10.023Development Law and Water Control Technology of Water-conducting Fissure Zone in YellowMudstone RoofWEI Qijun(Yicheng Shiqiu Coal Industry Co.,Ltd.,Yangquan Coal Industry Group)Ab
3、stractIn order to solve the problem of water inrush from yellow mudstone roof in Shiqiu Coal Industry,the investigation boreholes were arranged in the working face to analyze the borehole water level andborehole leakage,and the numerical simulation method was used for verification.The results show t
4、hat thevertices of the water-conducting fracture zone detected by the borehole are 143.89 m and 147.12 m.The firstweighting interval of the working face is 90 m.When the working face advances 300 m,part of the fissures inthe middle of the goaf are compacted and closed,and the fissure zones on both s
5、ides are developed to thesurface.When the overlying rock gushing water occurs,due to the hydration and migration characteristics ofthe yellow mudstone layer,the water-conducting channel is mainly the cracks on both sides of the goaf.Theheight of the fracture zone is about 159 m,which is 26.50 times
6、of the mining height.The height of the caving zone is 30 m,which is 5 times of the mining height.The height of the curved subsidence zone is 110 m.According to the research results,the comprehensive prevention and control technology system of detection+hydrophobic+grouting and the discrimination met
7、hod of water gushing in yellow mudstone layer are putforward.Keywordsyellow mudstone,water-conducting fissure zone,drilling exploration,numerical simulation总第 654 期2023 年 10 月第 10 期现代矿业MODERN MININGSerial No.654October.2023覆岩导水裂隙带的发育规律决定了矿井的涌水机理1-3。现场实测方法是确定导水裂隙带的直接途径,主要包括钻孔注水法、冲洗液漏失量观测法、电阻率测试法、超声波成
8、像法、微震监测法等4-6,其中钻孔注水法与漏失量观测法具有装置简单、观测结果可靠等优点而被广泛应用。然而钻孔实测方法的局限性在于仅能部分探测导水裂隙带高度,可通过结合数值模拟方法进行补充验证7-8。因此,针对石丘煤业9+10煤覆岩涌水问题,采用钻孔实测方法与数值模拟方法对导水裂隙带发育规律进行探究,以期为矿井防治水工作提供指导。1工程概况石丘煤业井田内沟谷发育,多为“V”字形分布,发育深度较大的地表沟谷包括有马泉沟、石丘沟,雨96现代矿业2023 年 10 月第 10 期总第 654 期季具有极强的储水能力。在井田南部及北部煤层露头地带,雨季大气降水可以直接补给煤层及其直接充水含水层,雨季井下
9、涌水量将明显增大。露头区距补给区近,地下水位埋藏浅,富水性弱中等,地表水、第四系潜水与上方2号煤层采空区对9+10号煤层采空区有一定补给,暴雨期间小山沟的溪水可能会沿岩煤层的风氧化带、煤层顶底板裂隙带或采空区渗入井下,使矿井涌水量增大。覆岩内部存在厚度较大的黄泥岩,由于黄泥岩具有极强的水化性质9,更加促进了覆岩裂隙带的导水能力,危害矿井工作面的生产。2“三带”发育现场实测煤层采动应力致使采场顶板发生破断,覆岩发生运移并出现覆岩导水裂隙带。采用钻孔冲洗液漏失量观测方法对石丘煤业9+10号煤层开采“三带”高度进行探查。2.1钻探工程施工工艺依据矿区安全生产及水资源保护的具体需求,在石丘煤业9103
10、工作面布置3个导水裂隙带高度观测孔(D1、DZ1、DZ2),包括1个对照钻孔(D1),2个三带调查钻孔(DZ1、DZ2),累计钻探进尺843.95 m。工作面倾向长度为350 m,属于超长工作面,推进长度约为6.1 km,开采9+10号煤层,煤层结构简单。本次钻探工程所使用的钻探设备为GXY-2B型煤田勘探钻机,钻孔开孔为第四系松散砂层,采用127 mm麻花钻干钻判定潜水位,再用取土器泥浆循环取心钻进至基岩界面,随后使用113 mm钻头清水循环钻进至风化基岩底界面下 2 m,再使用190mm扩孔器扩孔钻进至风化底界,下入160 mm止水护壁套管,并使用水泥固管,待水泥凝固之后采用98 mm双壁
11、单动岩心管清水循环取心钻进至9+10号煤层底板下5 m,每个回次的长度不超过4 m,在裂缝带不超过2 m,到达终孔层位。本次所施工的钻孔一级孔径为127 mm,满足方案要求的钻孔直径不小于 91 mm,心径不小于 60mm,满足采样及岩心保存要求。各层段岩心采取特征见图1。对施工的3个钻孔岩心采取率进行验收。验收标准为岩心采取率完整岩层不低于75%,破碎带不低于60%。本次钻探施工累计进尺843.95 m,采取岩心总长696.30 m,总采取率82.90%,其中正常岩石地层进尺513.75 m,岩心采长447.20 m,采取率87%。2.2钻探结果分析2.2.1D1钻孔(对比孔)该钻孔布置在距
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