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采动条件下煤层底板岩层渗透率变化过程研究

更新时间:2009-03-28

采空区突水是矿井突水的一种重要类型,一般采后突水水量稳定,水量较小,在200~300 m3/h内。突水水量较小,说明突水通道的面积有限,物探、钻探等手段探查难度大,治理难度大。对于大采深矿井,单位水量排水费用高,突水点治理非常有必要。近年来的研究发现:采后底板岩层的渗透率有一个先增大、后减小的变化过程,通过对这一过程的研究,可以确定一个突水概率较高的区域,为快速寻找突水通道提供依据。

对煤层底板渗透率变化过程的研究,一般通过底板最大破坏深度测试试验进行。底板采动破坏深度的探查方法主要有压水试验[1-2]、应力应变监测[3-4]、电测深[5]、钻孔超声成像[6-7]、瑞利波[8]等。其中仅有压水试验可以测试出准确的渗透率,而且一般压水试验仅能对采前阶段的渗透率进行测试。对采空区煤层底板岩层渗透率的研究,只有通过分析采后煤层底板渗透率的变化过程,才能确定突水通道的主要范围。

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在辛置煤矿10409工作面底板采动破坏深度压水试验过程中,通过在相邻工作面巷道布置观测孔,实现了对采前56.70 m至采后73.30 m范围内岩层渗透率变化过程的测试,为掌握采后煤层底板岩层渗透率变化情况提供了重要依据。

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1 工作面概况

4#孔测试段地层岩性为泥岩、砂岩,测试段平均渗透率大小及变化过程见图5。在采前-36.70~-12.76 m区域附近,渗透率基本保持一致;在-12.76~-6.96 m区域,渗透率有一定程度减小,表明在该深度位置,采前的影响范围为12.76 m,说明工作面采前影响范围随深度的增大而减小,也符合一般的规律;在-6.96~17.30 m区域,渗透率逐渐增大,表明这一深度的岩层裂隙开始破裂或原生裂隙在应力条件下扩张;在17.30~47.25 m区域,该段岩层的渗透率逐渐减小,但是不明显;在47.25~73.30 m区域,渗透率明显减小。

1)采前影响范围随着深度的增大而减小。在7.51~10.41 m深度处,影响最大范围为51.10 m;在10.41~14.43 m深度处,影响最大范围为12.76 m。

2 测试工程

在辛置煤矿10409工作面的相邻工作面上巷布置了3个观测孔(3#、4#、5#)进行压水试验,共测试64次,取得数据近200组。采用孔口压水和栓塞分段压水的方法,对工作面推进130 m过程中底板岩层渗透率进行了测试。得到了采前56.70 m至采后73.30 m范围内底板岩层的渗透率大小。

测试钻孔平面位置见图1。通过3#、4#、5#孔分别对煤层底板下方7.51~10.41、12.40~14.43、14.43~20.00 m岩层的渗透率进行测试。钻孔呈扇形布置,终孔位置相距10 m。测试段岩性主要为砂质泥岩、砂岩、细砂岩等(各钻孔测试深度及测试段岩性见图2)。钻孔参数见表1。

  

图1 测试工程钻孔布置平面示意图

  

图2 测试工程Ⅰ—Ⅰ剖面图

 

表1 测试钻孔参数

  

孔号倾角/(°)孔深/m开孔孔径/mm套管长度/m终孔孔径/mm3﹟-1938.0210824.10734﹟-2538.6210829.90735﹟-3338.6210826.4073

3 底板破坏特征分析

3#孔测试范围为采前56.70 m至采后53.30 m,平均渗透率较大,为1.23×10-14~1.88×10-14 m2。4#孔测试范围为采前36.07 m至采后73.30 m,平均渗透率较小,为5.33×10-16~1.48×10-15 m2。5#孔平均渗透率小且比较稳定,为2.18×10-15~2.95×10-15 m2,在采前部分段进行测试后,初步判断最大破坏深度小于这一深度。后续主要对3#、4#孔的测试数据进行分析。

3.1 最大破坏深度

为了准确判断底板最大破坏深度,在3#孔中采用栓塞封堵分段压水的方法,对煤层底板8.98~9.03、9.96~10.01 m进行分段压水测试。

根据3#孔中8.98~9.03 m段的压水过程资料,可以初步判断底板的破裂深度。在-20.2、-19.5 m处渗透率突然增大,然后迅速降低,初步表明煤层底板采动破坏深度为8.98~9.03 m(压水试验渗透率测试结果见图3、表2)。

  

图3 8.98~9.03 m段压水测试成果曲线

 

表2 8.989.03 m深度处部分渗透率测试结果

  

测试点与采动位置距离/m渗透率/10-16m2-45.409.88-20.20163.32-19.50234.53-15.6025.79-2.7029.51

对底板采动破坏深度的判断主要依据山东矿院李白英提出的判别标准,李慎举等[9-10]进行了专门分析,也得出了这一结论。

3.2 底板岩层渗透率变化过程

3#孔测试段地层岩性为砂质泥岩和煤层。测试整段的平均渗透率大小、变化过程见图4(横坐标中的“-”表示采前位置,下同)。在采前的-56.70~-51.10 m区域附近,渗透率未发生明显变化;在-51.10~-20.20 m区域渗透率呈线性减小,表明工作面回采对这一深度处岩层的采前影响范围为51.10 m左右,随着采动位置的逐渐接近,这一段岩层受到的压应力逐渐增大,岩层的渗透率不断减小;在-20.20~0 m区域,渗透率明显增大,表明在这一范围、这一深度处的岩层开始破坏;在0~53.30 m区域,渗透率基本保持稳定,仅缓慢减小,表明这一深度处的岩层破坏已经基本稳定。

通过3#孔、4#孔测得的岩层渗透率随采动的变化过程可知:

  

图4 3#压水孔孔口压水测试成果曲线

辛置煤矿处于霍西煤田中部,位于山西郭庄泉水文地质单元。矿井东四采区10409工作面开采石炭纪10#煤层,煤层平均厚度为2.63 m。工作面走向长度1 002 m,倾向长度180 m,倾角为6°。采用综合机械化采煤工艺,一次采全高。工作面标高为+416~+448 m,下距奥灰含水层28.90 m,底板承压2.30 MPa,属带压开采。

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图5 4#压水孔孔口压水测试成果曲线

[2] 蒋勤明.大采深工作面煤层底板采动破坏深度测试[J].煤田地质与勘探,2009,37(4):30-33.

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2.1 血细胞分析及镜检结果分析 根据表1可知,治疗前血红蛋白值与疟原虫密度呈一定的线性关系;血细胞五分类统计所有感染者未见明显血小板(PLT)降低,两组白细胞(WBC)红细胞(RBC)值对比,差异无统计学意义(P>0.05,χ2=0.087); 而在血红蛋白(HGB)和平均红细胞压积(MCV)上相比,差异有统计学意义(P<0.05,t=4.253、2.795),有统计学意义。

[4] 徐玉增.葛泉矿带压开采下组煤底板破坏深度探测研究[J].中国煤炭,2010,36(4):48-51.

4 结论

1)通过对回采过程中煤层底板岩层渗透率的压水试验测试,获得辛置煤矿10409工作面底板下方7.51~10.41、12.40~14.43 m深度岩层渗透率受采动影响的变化曲线。采后煤层底板一定深度岩层的渗透率按照距离采动位置不同而又有明显的增大、减小的变化过程。渗透率增大区域岩层发生突水的概率远远大于渗透率减小的区域。渗透率还未减小的区域可以作为采后出水率较高的区域首先进行探查。

2)不同地质、采动条件下的工作面采后底板岩层渗透率减小的位置,需要进行继续研究,确定这一距离的影响因素,为采后工作面突水通道的寻找提供依据。

参考文献

[1] 代革联,杨韬,郭国强,等.带压开采首采工作面底板破坏深度研究[J].煤炭科学技术,2016,44(8):56-60.

底板岩层渗透率的峰值一般出现在采动位置附近。3#孔的渗透率峰值在采后1.20 m出现,后缓慢减小。4#孔的渗透率峰值出现在采后17.30 m,结合后续“在17.30~47.25 m区域,渗透率缓慢减小,在47.25~73.30 m区域,渗透率明显减小”分析,出现这样的原因可能为4#孔测试段下部有2.03 m厚度的砂岩。在-6.94~17.30 m区域推采过程中,虽然砂岩未受到破坏,但是对该层砂岩的渗透率有影响。由于泥岩的渗透率较小,砂岩的渗透率较大,采动影响后对该段岩层的平均渗透率的影响也较大。

[3] 段宏飞,姜振泉,张蕊,等.杨村煤矿综采条件下薄煤层底板破坏深度的实测与模拟研究[J].煤炭学报,2011,36(S1):13-17.

2)采后煤层底板一定深度的岩层渗透率有减小、阻隔水能力有恢复的变化过程。在10409工作面下方的10.41~14.43 m深度处,变化非常明显;在采后的47.25 m渗透率明显减小。在接近底板最大破坏深度的有效隔水层段,有一部分岩层的阻隔水能力随着采动而变化。通过上面分析可知,这一部分岩层的渗透率明显减小,阻隔水能力增强。在辛置煤矿10409工作面,这一范围为采后的47.25 m。

[5] 王兆会,杨胜利,孔德中,等.承压水上采煤底板破坏深度研究[J].煤矿安全,2014,45(1):17-20.

[6] 许延春,谢小锋,董检平,等.在相似模拟试验中利用超声波检测技术探测底板破坏深度[J].煤矿开采,2016,21(1):7-11.

[7] 赵继忠,冯利民,陈舰艇,等.承压水上开采工作面底板破坏深度相似模拟试验[J].煤矿安全,2015,46(6):32-35.

纳入的 16 个研究中有 9 篇[3,11‐13,16‐17,19,21‐22]报道了溶栓后脑出血率情况。其中阿替普酶低剂量组纳入623例患者,出血31例,脑出血率为4.98%;标准剂量组纳入568例患者,出血45例,脑出血率为7.92%。各研究间无异质性(P=0.71,I2=0%),采用固定效应模型进行Meta‐分析(图5)。结果显示两组脑出血率比较,差异有统计学意义(RR=0.59,95%CI=0.38~0.92,P=0.02)。

[8] 石永生.基于瑞利波技术的孤岛工作面风巷底板破坏深度探测[J].煤矿安全,2016,47(7):208-210.

[9] 李慎举,王新.辛置煤矿 10409 工作面底板破坏特征[J].西安科技大学学报,2012,32(2):176-178.

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[10] 王新,胡宝玉.辛置煤矿东四采区下组煤“下三带”测试报告[R].西安:中煤科工集团西安研究院,2009.

 
胡宝玉
《矿业安全与环保》 2018年第02期
《矿业安全与环保》2018年第02期文献

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