榆神矿区综采工作面导水裂隙带高度探测

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1、综采工作面导水裂隙带高度的钻孔探测基金项目：陕西省科学技术推广计划（2011TG-01）作者简介：蒋泽泉（1967-），男，陕西临潼人，高级工程师，从事煤矿水文地质工程地质环境地质工作。蒋泽泉（陕西省煤田地质局一八五队，陕西榆林719000）摘要：导水裂隙带是保水采煤研究与工程实践的重要参数，也是科学预测矿井涌水量的重要参数之一，尽管已有一些经验公式，但由于各矿井地质环境条件的差异，导水裂隙带发育高度很难用经验公式准确预测。因此，我们在榆神矿区榆阳煤矿施工了两个钻孔，根据冲洗液消耗量、岩心破碎程度、井中水位等指标，综合确定了榆神矿区榆阳煤矿2304综采工作面导水裂隙带高度，实测

2、的综采条件下导水裂隙带发育高度为84.8~96.3m，为采厚的24.2~27.5倍，冒落带高度为14.2~17.2m，为采厚的4.06~4.91倍。关键词：导水裂隙带；冲洗液消耗量；钻孔漏失量；保水采煤1前言陕北地区煤炭资源丰富，水资源相对较少，采煤对萨拉乌苏组地下水产生了较大的影响，使部分区域地下水渗漏，泉水干涸，保水采煤问题十分突出，研究保水采煤的地质环境条件，保护生态水位[1-5]，成为建设绿色矿区的首要任务。研究采煤对第四系萨拉乌苏组地下水的影响程度[6-7]，关键是获得采煤工作面顶板导水裂隙带的发育高度，尽管已经做了大量室内模拟、部分矿井探测工作，但各煤矿地质条件的差

3、异，导致导水裂隙带的发育高度并不一致，因此，在每一处大型煤矿均应该开展导水裂隙带发育探测，同时也为矿区地质环境保护提供基础数据[8]。榆阳煤矿综采技术实施以来，矿井涌水量大幅度增加，以往对导水通道的研究多是利用“三下”规程中有关导水裂隙带发育高度的半经验公式进行计算，计算结果均未超过60m。综采条件下只会对上覆基岩含水层产生影响、甚至无法疏干基岩含水层，更无法直接影响风化基岩含水层和第四系沙层含水层，但实际是矿井水很大一部分来自第四系。因此必须进行导水裂隙带发育高度的现场原位实测。2钻孔探测导水裂隙带的原理目前，主要采用钻孔简易水文地质观测和注水试验来探测导水裂隙临界面最高部位

4、的分布，以确定导水裂隙带的高度[5-7]。实践证明这是一种直观的观测手段，在导水裂隙带范围内，导水裂隙以内的水流必然向采空区运动排泄而不可能在临界面储存。因此在此位置时钻孔冲洗液漏失，水位相应下降；钻孔中断给水后，水位不断下降直至孔底。钻孔到达临界面时的耗水量、水位变化幅度，因临界面所处位置的岩性、裂隙发育和联通程度不同而不同．依据对大量的导水裂隙观测孔的简易水文观测曲线分析，可将其归纳为3种类型：①突变型:钻孔钻进临界面时，冲洗液突然大量漏失，孔内水位随之大幅度下降．当进一步作注水试验时，工作面可见到指示剂，时间为20h~7d不等，注水量可达36～40m/h．这种突变现象，多

5、发生在临界面岩性主要为具有一定原生层理或节理的砂岩及煤层中（图1）。②渐变型：钻孔钻进临界面后，冲洗液消耗量随钻进深度增加而逐渐增大，钻孔水位也相应下降．这种变化多发生在临界面岩性主要为原生节理裂隙不甚发育的泥岩、粉砂岩中（图2）。5③波变型：钻孔钻进临界面后，冲洗液消耗量出现小一大一小一大的变化情况，水位相应随之波动下降。临界面岩性为泥岩、粉砂岩、薄层砂岩互层或者为粉砂岩、泥岩时，往往产生这种现象（图3）。当然，钻孔在到达临界面之前，也可能因遇到透水性好的含水层或被疏干、正疏放水的含水层或局部采动裂隙等而引起冲洗液消耗或漏失，但此时孔内只是水位有一定的幅度变化．由于其与导水裂

6、隙带不联通，而不存在水力联系通道，故其水量、水位变化仅出现在局部孔段中。当裂隙（或含水层）被下入的套管隔离或被泥浆、岩粉充填后，这种变化现象随即消失．不过这种局部变化往往给判断导水裂隙带临界面位置造成干扰，故在实践中应予以充分的注意。图1突变型图2渐变型图3波变型3钻孔的设计与实施3.1钻孔设计本次工程共布置钻孔2个，分别布置在2304综采面采空区开切眼以内350m（ZP1钻孔）及距离收作线130m左右靠近回风顺槽处（ZP2钻孔）（平面布置详细见图4）。2304综采工作面主采3号煤采厚3.5m，煤层埋深190~210m，至今已经回采3a，采空区已经达到稳定，ZP1的覆岩类型为土

7、基型、ZP2的覆岩类型为砂基型。图4钻孔在综采工作面的位置3.2监测仪器和设备钻孔的观测项目、内容、仪器、工具和精度如表1。表1观测项目及仪器观测项目观测内容观测仪器、工具观测精度冲洗液漏失量水源箱内原有水量、钻进过程中加入水量、水源箱内剩余水量、观测时间、钻进的进尺、孔深浮标尺、秒表、测尺、钻杆孔深误差小于0.15%；浮标尺读数误差小于5mm5进尺读数误差小于10mm；水位深度误差小于100mm孔内水位每次下钻前、后水位。停钻期间水位、观测时间测钟、测绳、秒表、电测深仪冲洗液循环中断冲洗液