矿山开采设计Word文件下载.docx
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恒温带深度为30m，温度18.1℃。
地温梯度为1.63～2.48℃，平均2.24℃，属正常背景下的地温正常区，矿山地温类型为基底凹陷型。
图1唐阳井田地层综合柱状图
1.4134综放工作面回采地质说明
表1134综放工作面地质情况
2134综放工作面导水裂缝带高度观测
2.1井下仰上孔观测导水裂缝带高度原理
通常研究煤层开采引起的冒落带、导水裂缝带最大高度的主要方法有室内计算和现场观测两大类，而室内计算一般包括类比分析加经验公式计算和有限元计算两种方法，这种方法虽然费用少，但由于存在诸多因素，容易造成了结果的准确度不够，无法进行直观的定量分析，只可以作为设计的参考数据。
而现场实际观测却可以直观、定量的反映裂隙的发育状况，具有很高的准确程度。
传统的现场观测方法有地面钻孔水文观测法，配合钻孔注（放）水法进行开采覆岩导水裂缝带高度的综合探测，还可采用大功率声波法、超声成像观测法及钻孔岩移等方法，后几种方法均在井下进行，不仅要求仪器防爆，而且还要求特殊的电源及特殊的钻孔施工，资料的解释又较为复杂。
而地面钻孔水文观测法（冲洗液消耗量观测法）虽然较为常用，但这种方法需要在采空区上下顺槽两侧10－20m范围内（一般以采空区一侧为主），施工几个钻孔才能控制住采动冒裂带的最大高度，而且在很大程度上还受到覆岩移动变形的剧烈程度的影响。
因而该方法工程量大、周期长、费用高，而且存在征用土地、青苗赔偿等费用，同时，施工和观测过程中还常常受到地面水体及岩土层水体的干扰，影响了观测精度和灵敏度（如图（3）所示）。
图（3）地面钻孔水文观测法示意图
本次研究采用的现场观测方法是利用山东科技大学的专利产品——钻孔双回路注（放）水系统来实现的。
通过在井下选取适当的位置，向上施工不同方位和倾角的倾斜钻孔。
井下钻孔观测示意如图（4）所示。
这种方法对钻孔施工要求不高，方法简便，安全可靠，观测资料直观易懂，其优点主要体现在以下几个方面：
（1）钻孔深度小，每孔100m左右，工序简单，投资节省，与地面钻孔冲洗液消耗量观测法相比，可节省工程费用70﹪以上；
（2）观测部位准确，观测结果可靠。
测漏灵敏度0.1升分，精度±
5﹪；
探测深度可达百米以上，深度误差不大于±
1﹪；
（3）不受地面环境限制，不占农田，尤其适于大面积水域下探测导水裂缝带高度；
（4）适应性强，可在任意角度的仰、俯孔中观测；
（5）孔内充水段小，注（放）水时间短，提高了观测效率；
（6）可直接测得注（放）水量，提高了观测效率；
（7）可以连续进行观测，保证了观测结果的连续性，所以结果不是关于点的变化资料，而是观测范围内的整个岩体的变化资料。
因此，本次导水裂缝带高度观测采用井下仰上孔分段注水测漏技术方法。
图（4）井下钻孔观测示意如图
这种方法已在淄博、龙口、兖州、新汶、淮南、平顶山等矿务局的数十个矿井进行了现场实测。
现场探测证明：
井下仰上孔观测法立足于井下煤巷向上打钻，孔深较浅，施工快，在顶板冒落下沉后就可观测。
钻孔避开冒落带打在裂缝带范围内，能及时观测到覆岩破坏发育的最大高度和形态。
该技术探测数据可靠、资料准确、速度快、时间短、工程省、费用低，还能避免地面施工占地及青苗赔偿等麻烦，尤其能连续监测，这是传统地面钻孔法所难以实现的。
井下仰上孔探测顶板采动破坏裂隙发育高度的现场观测系统如图（5）所示。
观测系统由孔内双端双路堵水器、耐压软管、推进杆、观测工作台、外界水源及相应的阀门和压力、测量测试仪表构成。
双端堵水器的结构原理如图（6）所示。
是由两个连在一起的胶囊及相应的管路构成，胶囊起胀与钻孔注水是通过各自独立的两套系统来完成的。
图（5）井下仰孔观测系统示意图
图（6）堵水器结构示意图
具体观测时，先将观测设备的各个组件组装在一起（确保各个接口处的密封效果），放入钻孔之前应先进行实验，一切正常后再放入钻孔中。
工作时将推进杆逐根连接，把具有一定压力的外接水源通过观测工作台及两根耐压软管与双端堵水器相连接，用推杆将双端堵水器送至欲测深度。
观测时首先打开起胀系统阀门，通过胶囊起胀将测试孔段两端封住，然后开启注水系统，保持规定的注水压力值（小于胶囊压力），待测试孔段的注水流量与孔壁裂隙的漏水流量达到平衡、流量稳定后，即可通过流量仪表测定单位时间内的注水量，即孔壁的漏水量；
测试完毕时，打开胶囊放水阀门，这时水压迅速下降，胶囊收缩，封闭孔段积水泄出后，关闭注水阀门，读出注水管路所在的高程的静水压力，可得到注水段的垂直高程（用于校正倾斜）。
然后将装置推到新的测试位置，重复上述过程，这样就可以测得整个钻孔连续各段的漏失量，根据这个漏失量的大小来判断上覆各岩层的裂隙发育状况，从而确定导水裂缝带的发育高度。
实测结果表明，在尚未遭受松动破坏的岩石中，在0.1Mpa的注水压力下，每米孔段每分钟的注水流量值小于3ml甚至趋近于0，而在导水裂缝带范围内可达15ml。
2.2开采覆岩导水裂缝带高度预计
受开采影响，煤层顶板覆岩导水裂缝带发育高度的大小直接关系着水体下采煤工作的安全，根据多年来对覆岩导水裂缝带发育高度的研究，通常认为煤层顶板岩层受采动影响后覆岩连续性遭到两个方向的破坏：
一是在层面方向上产生离层破坏，二是在垂直方向上由于受剪切及层向拉力的作用，形成垂直的覆岩破坏带。
根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》以及参考枣庄、滕州部分矿井的现有资料，导水裂缝带高度可按表（6）计算：
导水裂缝带高度计算公式表（6）
岩性
计算公式之一（m）
计算公式之二（m）
坚硬
H导=[100∑M（1.2∑M+2.0）]±
8.9
H导=30+10
中硬
H导=[100∑M（1.6∑M+3.6）]±
5.6
H导=20+10
软弱
H导=[100∑M（3.1∑M+5.0）]±
4.0
H导=10+5
极软弱
H导=[100∑M（5.0∑M+8.0）]±
3.0
3煤平均采厚按4.4m计算，山东裕隆集团唐阳煤矿地层为中硬偏向于坚硬，由上述公式计算的覆岩采动破坏的导水裂缝带高度为：
Hd=35─70m
因此，在设计观测孔时，主要对覆岩采动破坏高度在35m─70m范围内的覆岩破坏情况进行控制研究，同时，为防止出现裂高过大等异常情况，适当加大钻孔深度。
因此，观测钻孔必须超过这个高度，至少延长5m孔段的深度，以便测出一定的长度的不漏水孔段，作为确定裂缝带顶界的依据。
煤层开采将引起岩体原始应力场发生变化，随着将导致覆岩发生变形、位移、冒落及开裂破坏。
由于煤层开采是逐步进行的，所以覆岩破坏带发生和发展也必然是逐步完成的，即导水裂缝带发生和发展与回采工作面的位置变化必然有着直接联系。
特殊开采的研究和实践表明。
覆岩的导水裂缝带是在工作面后方的一定范围内发生与生成的，并在岩层变形与移动的剧烈活动期内很快发展到最大值。
而后，则随着岩层变形与移动的终止，导水裂缝带最大高度都将开始出现不同程度的降低。
据煤科院北京开采所研究资料认为，“在正常的采煤地质条件下，冒裂带发展到最大高度的时间一般在回采以后20天～2个月”。
2.3观测工程布置与钻孔施工技术要求
2.3.1观测剖面布置
钻窝位置选在没有断层、顶板岩层稳固的地方，重点考虑采后观测的可行性，其次要考虑钻孔开工（钻窝）围岩的完整性，以便于巷道硐室的维护和观测孔口的完整，还应考虑高压水源、高压风源通风行人的方便及安全因素。
在钻窝内布置采前、采后观测钻孔。
134综放工作面开采3煤，平均采厚4.4m，平均埋深522m，工作面倾向长160.2m，工作面走向长600m，134综放工作面位于一采区东南部，DF5断层以北，辛庄断层以西南，DF4-1断层以东北,132采空区以东南，该工作面以浅与132采空区最近距离约55m（该范围为未采区），该工作面以深为未采区。
134综放工作面两带探测钻窝位于134综放轨道顺槽，钻窝距134工作面停采线为10.8m，该面于2010年5月6日停采。
采前孔观测时间为2010年7月15日，采后孔观测时间为2010年7月16日～17日，钻孔布置剖面如图（7）所示，钻孔布置平面如图（8）所示。
钻孔布置剖面图（7）
钻孔布置平面图（8）
2.3.2观测钻孔的设计与施工
本次观测站钻窝布置在停采线一侧，采前孔观测于2010年7月15日完成。
三个钻孔向采空区方向施工深度为90m，倾角分别为55º
，55º
与60º
。
钻孔的终端在134工作面上覆岩体5.2m的粉砂岩内。
采后孔观测于2010年7月16日～17日完成。
为了达到预期的试验研究目的，获取较为准确的可靠的观测数据。
根据测量目的和要求，施工了1个采前钻孔，采前钻孔用于观测未受采动影响的煤层覆岩岩层的原始裂隙状态，观测数据用于采后观测对比的基础，同时施工了2个采后孔。
依据上述设计，钻孔施工要素如表（7）所示。
钻孔施工要素表（7）
孔号
名称
孔径mm
方位
仰角
孔深m
完成时间
1#
采前孔
75
227°
55°
90
未受采动影响
2#
采后孔
82°
采后69天
3#
74°
60°
采后70天
本次观测是在井下停采线附近施工三个钻孔，分别进行采前孔、采后孔观测。
说明：
报告中命名的“采前孔”是指没有受到采动影响的观测钻孔，“采后孔”是指受采动影响的观测钻孔。
2.4观测工程的实施
2.4.1井下仰上孔的施工
（1）施工时间
钻窝对应的134综放工作面停采时间为2010年5月6日，山东裕隆集团唐阳煤矿根据“3煤开采顶板导水裂缝带高度发育时间为采后20天～2月的规律”，决定在2010年6月20日开始打钻，施工三个钻孔，于2010年7月15日至17日完成观测工作。
（2）钻孔结构观测孔75mm。
孔深按设计值90m施工。
2.4.2井下仰上孔分段注水观测
（1）观测时间
2010年7月15日完成采前孔观测，2010年7月16日至17日完成采后孔观测。
（2）观测次数
采前观测1次，采后观测1次。
（3）观测方式
按上行方式观测。
观测段1.12m，从孔口32.48m处直到孔底87.36m处。
（4）观测前的准备工作
在全部钻孔施工完成后，再进行观测，观测前的准备工作如下：
1、观测的高压水源利用钻机水源管路不必另设，还需将高压风源管路接至观测站。
2、观测站应事先挖好排水沟，勿使站内积水，影响工作。
3、打好钻孔后，钻机不得撤走，用于钻机推送分段注水观测探管。
4、有条件时，设置灯光，以利工作。
2.4.3井下观测程序
（1）管路连接
1、将高压水源与注水观测仪器进水端用管路连通，连接处捆扎铁丝，以防滑脱。
2、将注水观测仪器出水端用胶管与钻机水龙头相连，连接处捆扎铁丝。
3、将高压风源与注气观测仪器用管路连通，连接处捆扎铁丝，以防滑脱。
4、将注气观测仪器用胶管与双端堵水器底部相连，连接处捆扎铁丝。
5、将双端堵水器安放到钻机上，双端堵水器的底部与钻杆相连，并使双端堵水器与钻杆间的接头对准观测孔口。
（2）观测仪器密封性检查
1、开动钻机将双端堵水器双端堵水器徐徐送入钻孔0─1m段，以双端堵水器与钻杆间的接头正处在孔口为准。
2、操纵注气观测仪器，打开注气堵孔调压阀，徐徐打开高压气源管路阀门至适当程度，注视调压压力表缓慢关小调压阀门，使压力缓缓升高到0.3Mpa，使双端堵水器双端胶囊起胀，将孔段两端紧密封堵。
关闭堵孔操作台中间的进气阀门，观察压力表指标是否下降。
若该压力有下降趋势，表面系统有泄漏之处，应加以检查排除。
3、操纵注水观测仪器，打开注水阀门，徐徐开启高压水源管路阀门至适当程度，注视调压压力表，缓慢关小调压阀门，使压力升至P=ρgh＋0.1Mpa，检查注水系统各管路接头有无漏水之处，若有漏水之处应加以排除。
4、检查完毕后，打开堵孔调压阀，打开注水调压阀。
（3）钻孔分段封堵与漏水量观测
1、分段注气堵孔：
操纵注气观测仪器，慢慢调整风源堵孔调压阀。
使封孔压力达到0.3Mpa，双端堵水器双端胶囊起胀，完成孔段封堵。
2、注水调压：
操纵注水观测仪器，慢慢调整注水调压阀，使注水压力达到规定的数值（P=ρgh＋0.1Mpa）。
规定数值为高程静压再加0.1Mpa。
高程静压注水操作台至双端堵水器所在孔段高度的高程静水压力，每次注水观测完毕后，即可测得此值。
3、漏水量观测：
注视流量水表，待孔段水满，流量稳定下来后，用秒表计时，观测水表一分钟内的流量值，记入手册。
4、解除封孔：
操纵注气观测仪器，打开注气堵孔调压阀，双端堵水器孔内胶囊卸压收缩，孔段贮水泄出。
5、高程静压观测：
关闭注水观测仪器上的注水阀门，打开调压阀，观测双端堵水器所在高度上钻杆内水柱的静水压力值，记入手册。
此静压值可用以校正钻孔孔斜，又可作注水压力的基值。
6、推移双端堵水器：
开动钻机，将双端堵水器上推一个钻杆的距离，同时续接钻杆。
重复1—6的步骤，继续进行堵孔注水观测，一直测至孔底。
在观测中，应注意检查堵孔、注水两个系统是否密封，发现问题及时排除。
在注水时，如发现孔口向外淋水或泄水，或有其他现象，应及时记入手册表格中的备忘栏。
（4）观测中注意问题
1、双端堵水器通过底端接头与钻杆出水端连通，钻杆接头处用棉纱缠绕密封。
2、注气观测仪器与注水观测仪器远离钻机出水端，以免溅水干扰。
3、每一个钻杆，用细铁丝将堵孔8mm增强管捆扎在钻杆上，以防打绞。
4、调水压与气压时，不要调压过大，损坏压力表。
5、观测完毕，钻机退出钻杆时不要过快，以防通气的8mm胶管在钻孔内打结，使钻杆退出困难，双端堵水器损坏或滞留在钻孔内。
采前55°
钻孔注水漏失量测量表
（1）
根数
斜距（m）
垂高（m）
高程静压（Mpa）
注水压力（Mpa）
流量（Lmin）
29
32.48
26.60
0.266
0.366
2.50
30
33.60
27.51
0.275
0.375
2.40
31
34.72
28.43
0.284
0.384
2.20
32
35.84
29.35
0.293
0.393
2.30
33
36.96
30.27
0.303
0.403
2.05
34
38.08
31.18
0.312
0.412
35
39.20
32.10
0.321
0.421
1.95
36
40.32
33.02
0.330
0.430
2.10
37
41.44
33.93
0.339
0.439
38
42.56
34.85
0.349
0.449
39
43.68
35.77
0.358
0.458
2.00
40
44.80
36.69
0.367
0.467
1.90
41
45.92
37.60
0.376
0.476
42
47.04
38.52
0.385
0.485
43
48.16
39.44
0.394
0.494
44
49.28
40.35
0.404
0.504
1.80
45
50.40
41.27
0.413
0.513
46
51.52
42.19
0.422
0.522
47
52.64
43.11
0.431
0.531
48
53.76
44.02
0.440
0.540
1.85
49
54.88
44.94
0.549
50
56.00
45.86
0.459
0.559
51
57.12
46.77
0.468
0.568
2.65
52
58.24
47.69
0.477
0.577
2.80
53
59.36
48.61
0.486
0.586
54
60.48
49.53
0.495
0.595
55
61.60
50.44
0.604
56
62.72
51.36
0.514
0.614
57
63.84
52.28
0.523
0.623
2.45
58
64.96
53.19
0.532
0.632
59
66.08
54.11
0.541
0.641
1.60
60
67.20
55.03
0.550
0.650
61
68.32
55.95
0.659
62
69.44
56.86
0.569
0.669
63
70.56
57.78
0.578
0.678
1.75
64
71.68
58.70
0.587
0.687
65
72.80
59.61
0.596
0.696
66
73.92
60.53
0.605
0.705
67
75.04
61.45
0.714
68
76.16
62.37
0.624
0.724
69
77.28
63.28
0.633
0.733
70
78.40
64.20
0.642
0.742
71
79.52
65.12
0.651
0.751
72
80.64
66.03
0.660
0.760
73
81.76
66.95
0.670
0.770
74
82.88
67.87
0.679
0.779
84.00
68.79
0.688
0.788
76
85.12
69.70
0.697
0.797
77
86.24
70.62
0.706
0.806
78
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