根据钻场试验区的具体情况,现场布置钻孔12个,如表6.2所示。其中1号钻孔为水孔,无法测量,选取其中的2号钻孔裂隙分布情况进行分析(表6.2中列出的为较大裂隙统计情况)。
表6.2 下行2号孔数据分析表
煤层开采后,随着采煤工作面的不断推进,将引起上覆岩层的移动与破断,形成采动裂隙带,同时上覆岩体的应力也将发生重新分布。在平煤神马集团十矿北翼东区戊组设置瓦斯抽采专用巷道,施工钻孔。利用CXK6矿用本安型钻孔成像仪对钻孔中裂隙发育情况进行扫描,统计出裂隙场发育情况,研究己15-17200采面覆岩裂隙场演化规律特征。采用UDEC软件进行数值模拟,对己15-17200采面覆岩裂隙场演化规律进行研究并分析其开采对戊9-10煤层的影响,为超远距离保护层开采提供科学依据。
随着平煤神马集团十二矿己15-17200采面的推进,上覆煤岩体裂隙在采空区上方逐渐发展,并随工作面的前进由下向上、由后往前递次演变。平煤神马集团十二矿己15-17200采面回采后,上覆煤岩体内产生冒落、裂隙带和离层带,裂隙发育,在工作面内上角位置产生裂隙带,为裂隙充分发育区。
钻孔施工时设计孔深150 m,钻孔过程中遇到覆岩导水裂隙带,钻孔冲洗液漏失量急剧增大,至终孔位置处不再返水,钻孔结束,因此钻孔终孔位置可认为是覆岩与冒落带与裂隙带边界。
岩层采动裂隙的分布既与岩层的岩性有关,同时也与岩层的完整程度有关。坚硬岩层内裂缝尺寸较大,以高角度纵向裂缝为主;软弱岩层内裂缝发展相对较多,以纵横交错的相交裂缝为主。
在整个观测段,共统计出裂缝1 393条,对其中发育较明显的325条主要裂缝进行统计分析(图6.6)。倾角小于20°的裂隙占6%,倾角为20°~29°的裂隙占20%,倾角为30°~39°的裂隙占24%,倾角为40°~49°的裂隙占18%,倾角为50°~59°的裂隙占10%,倾角为60°~69°的裂隙占7%,倾角大于70°的裂隙占15%。其中倾角小于50°的裂隙占68%,比例较高,主要分布在己15煤层覆岩80m以上的弯曲下沉带,而倾角大于50°的高角度纵向裂隙则主要分布在距离采动煤层较近的岩层中。由此可知,采动裂隙场的主要特点是在离采空区垂距较远的岩层,裂隙发育以低角度甚至平行岩层层面的裂隙为主;在离采空区较近的岩层以高角度纵向裂隙和破碎的纵横交错的裂隙为主。
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图6.6 采动裂隙覆岩主要裂隙宽度分布
裂隙宽度反映了裂隙的发育程度。在采动影响下,随着钻孔深度的增加(距离煤层越近),发育的主裂隙宽度明显加宽。但是随着裂隙数量的增加,裂隙则以平行的微裂隙群分布为主。对整个钻孔观测段裂隙的宽度进行统计可知,裂隙宽度为3.3~59 mm,其中以6~25 mm为主,宽度小于25 mm的裂隙占总数的81%。
裂隙数量反映岩体受采动影响的程度,通过对钻孔成像检测结果的统计,得到裂隙数量与钻孔深度关系频度直方图(图6.7)。随着与采面距离的减少,裂隙数量急剧增加,受采动影响程度加剧;覆岩高度超过150 m左右的区域也有一定数量的较小裂隙发育,并且随着开采的进行,裂隙宽度和数量有所增大,说明戊9-10煤层底板开始受到己15-17200的采动影响,对其底板具有一定的增透作用。
图6.7 裂隙频度直方图
通过钻孔冲洗液漏失量急剧增加和钻孔成像仪探测结果可知,平煤神马集团十二矿己15煤层覆岩裂隙带高度为100.0~109.5 m,综放工作面覆岩破坏范围的形态呈现出两边高中间低的类似马鞍形,如图6.8所示。勘测与前人研究不同在于,观测出微小贯通裂隙分布带处于传统“三带”的弯曲下沉带中,且与戊组煤层距离很近,达到149.5 m的高度,随着下部煤层的开采微小裂隙数量增加,裂隙宽度增大,对戊煤层增透作用增强。
图6.8 综放开采覆岩破坏形态
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