彭立前
(西山煤电(集团)有限责任公司镇城底矿，山西 古交 030203)
1 工作面开采条件1.1 工作面概况31203工作面为首采区的首采面，南部为三采轨道巷，西部为正在布置的31205工作面，东部为准备区，北部距井田边界280 m。所采煤层12下煤，均厚1.45 m，开采水平为-490 m，工作面标高-460 m～-530 m。工作面走向长880 m，倾斜长110 m，面积为96 800 m2。
1.2 煤层顶底板31203综采工作面12下煤老顶为七灰，直接顶为泥岩、12上煤，直接底为八灰。12下煤顶、底板情况见表1。
表1 煤层顶底板情况表
2 覆岩破坏高度现场实测2.1 观测方案设计经综合分析，拟计划在12下煤层31203工作面进行两带高度现场实测，掌握上覆导水裂隙带的发育规律。
1) 观测孔参数设计
钻孔倾角：为了便于钻孔施工和钻孔维护，同时又能满足观测的要求，钻孔以略偏离竖直方向与其成50°～75°倾角(α)为宜，“两带”观测钻孔布置如图1所示。
图1 两带观测钻孔布置示意图
钻孔方位：采后孔与工作面轨道巷轴线方向分别成45°和60°夹角(β)，且指向31203工作面采空区；采前孔与31203工作面轨道巷轴线方向成45°夹角且指向未采区域[1-3]。
钻孔直径：Φ90mm；钻孔深度：以能够探测裂隙带高度为宜，根据目前正在开采工作面的实际情况，确定其钻孔垂直高度H应不小于预测导水裂隙带最大高度(32.5 m)，按α=50°～75°倾角计算，故钻孔斜孔应不小于33.6 m～42.4 m，具体由公式(1)确定[4-5]。
L=H/sinα
(1)
本次观测共布置3个钻孔，采前孔倾角取70°，采后孔倾角分别为70°(β=45°)和60°(β=60°)，按预测导水裂隙带最大高度(32.5 m)计算，得采前孔钻孔长度L为34.5 m，2个采后孔钻孔长度L分别为34.5 m(倾角70°孔)、37.5 m(倾角60°孔)。实际观测钻孔必须超过这个长度，至少延长5 m孔段的深度，以便测出一定长度的不漏水孔段，作为确定裂隙带顶界的依据。钻孔主要技术参数如表2所示。
表2 31203工作面钻孔技术参数表
2) 测场布置
考虑到煤层赋存条件与现场施工条件，将观测地点选在31203轨道巷中，岩层赋存稳定的地段，如图2所示。
图2 钻孔位置示意图
2.2 观测数据整理及分析根据观测数据，得出采前、采后钻孔注水漏失量变化曲线，如图3～图7所示。
1) 采前孔观测数据分析
从图3可以看出，由于采前钻孔未受任何采动影响，数据有所起伏，但变化不大，主要是因为12下煤上覆岩体中含有泥岩层、砂岩层和灰岩等，各个岩层组成成分及物理力学性质的不同，导致覆岩中各岩层的钻孔漏失量有所不同，测得钻孔漏失量变化曲线也是高低起伏，规律性较强，没有异常现象发生。从观测数据分析，得到泥岩段钻孔漏失量较小，漏失量数据基本保持一致，而在砂岩段与灰岩段，由于它们自身孔隙度较泥岩段大，所以单位时间内钻孔漏失量明显比泥岩段要大，即整个孔段均有大小不等的漏失量，同时也表明采前钻孔揭露到的上部岩层具有相对完整性，裂隙不发育。
图3 采前钻孔(仰角70°)漏失量示意图
图4 采后1#钻孔(仰角70°)漏失量示意图
图5 采后2#钻孔(仰角60°)漏失量示意图
图6 采前、采后钻孔(仰角70°)漏失量
图7 采前钻孔、采后(仰角60°)钻孔漏失量对比示意图
2) 采后孔观测数据分析
结合现场实际条件，确定在钻孔浅部4.4 m以内的孔段没有进行观测，原因是，在31203工作面轨道巷实行沿空留巷的留巷方式，在采空区侧充填3.0 m的矸石带，此段钻孔裂隙发育不充分。考虑到现场的观测效果和数据的真实性，实际测试是从钻孔斜长4.4 m处开始的，得到采后孔的钻孔漏失量变化曲线，见图4和图5，进而得到导水裂隙带的发育高度。
将多孔生物明胶微载体3D动态培养的脂肪干细胞和2D培养的脂肪干细胞分别培养1、3、5、7 d后（培养时起始细胞量为50万），用胰酶消化后计数，得出细胞增殖曲线。取培养3 d的2D、3D细胞，用凋亡试剂盒（FITC/PI）检测两种不同培养方式细胞的凋亡情况。
a) 采后1#钻孔漏失量分析
由图4可以看出，在钻孔斜长为4.4 m～14.3 m的前部和中部钻孔段，钻孔漏失量较采前孔数值变化不大，但受工作面采动影响，从煤体边缘越靠近采空区中部，覆岩裂隙张开度越大，漏失量呈整体递增趋势。当钻孔斜长为14.3 m时，钻孔漏失量达到最大值，为4.9 L/min。对比工作面钻孔柱状图可知，此处细砂岩段主要由石英、长石等组成，垂直裂隙发育，分选、磨圆度较好，导水裂隙发育充分，而且该点位于采空区上覆岩层中，受工作面采动影响，垮落带完全垮落，所以此处钻孔漏失量最大。
从峰值点往后漏失量递减的趋势符合导水裂隙带分带特征的，钻孔深部远离工作面，工作面采动影响较小，加之深部岩层自由运动的空间较小，受下部岩层的支撑，导水裂隙逐渐闭合。在垂直高度为27.91 m时，由于泥岩岩性软，黏结力高，允许的水平拉伸变形较大，能够抑制导水裂隙带的发展，此处钻孔漏失量为2.0 L/min，与采前孔漏失量基本一致，导水裂隙带停止发育。
b) 采后2#钻孔漏失量分析
由图5可以看出，在钻孔斜长为4.4 m～17.6 m的前部和中部钻孔段，钻孔漏失量较采前孔数值变化不大，但受工作面采动影响，从煤体边缘越靠近采空区中部，覆岩裂隙张开度越大，漏失量呈整体递增趋势。当钻孔斜长为17.6 m时，钻孔漏失量达到最大值，为5.2 L/min。对比工作面钻孔柱状图可知，此处细砂岩段主要由石英、长石等组成，垂直裂隙发育，分选、磨圆度较好，导水裂隙发育充分，而且该点位于采空区上覆岩层中，受工作面采动影响，垮落带完全垮落，所以此处钻孔漏失量最大。
从峰值点往后漏失量递减的趋势是符合导水裂隙带分带特征的，钻孔深部远离工作面，工作面采动影响较小，加之深部岩层自由运动的空间较小，受下部岩层的支撑，导水裂隙逐渐闭合。在垂高为28.58 m时，由于泥岩岩性软，黏结力高，允许的水平拉伸变形较大，能够抑制导水裂隙带的发展，此处钻孔漏失量为2.1 L/min，与采前孔漏失量基本一致，导水裂隙带停止发育。
3) 采前采后孔对比分析
通过图6和图7可以看出，将采前孔和采后孔的钻孔漏失量曲线进行对比，受工作面采动影响，在围岩应力作用下，原始应力状态被打破，裂隙发育，采后孔钻孔漏失量明显大于采前孔漏失量。从曲线中可以看出，采后1#钻孔漏失量曲线与采前钻孔漏失量曲线在距煤层顶板垂直距离27.91 m处相交，表明远离工作面采空区上方，裂隙逐渐趋于闭合，岩层透水性与回采之前趋于一致，27.91 m为采后1#所测得的导水裂隙带发育顶点；采后2#钻孔漏失量曲线与采前钻孔漏失量曲线在距煤层顶板垂直距离28.58 m处相交，表明远离工作面采空区上方，裂隙逐渐趋于闭合，岩层透水性与回采之前趋于一致，28.58 m为采后2#所测得的导水裂隙带发育顶点。
综上所述，通过对两个采后孔与采前孔注水漏失量的对比分析，确定取两个采后孔反映出的现场导水裂隙带发育高度最大者28.58 m为1203工作面导水裂隙带实测值。
3 工作面安全可行性分析根据上述理论分析结果可知，12下煤层进行开采时，湖下方所有的开采位置是安全的。但是为了谨慎起见，对31203工作面开采的安全性再进行一次论证，通过“水平分段注水法”得到的现场实测值28.58 m，确定31203工作面防水煤岩柱高度为38 m。通过计算可以求得31203工作面开采时的防水煤岩柱顶部标高为：-460+38=-422 m，而此处工作面第四系下部含水层下限标高为-241.40 m，所以基岩厚度为180.6 m。说明31203工作面开采引起的导水裂隙带没有波及到第四系下部含水层，隔水层的隔水性能是完好的，保护层的厚度是满足安全要求的。
根据矿井实际地质条件，无论从第四系中部隔水层的厚度、所留设的防水安全煤岩柱厚度及保护层厚度还是矿井的排水能力来看，湖下三采区31203工作面开采是安全可靠的。
4 结论为检验湖下开采的安全可行性，在31203工作面进行现场工业性试验。
1) 通过对31203工作面的地质条件进行分析，确定采用“钻孔分段注水法”对上覆岩层导水裂隙带进行现场观测，对比分析采前采后孔的钻孔漏失量，得到导水裂隙带现场实测值为28.58 m，进而确定31203工作面防水煤岩柱高度为38 m，远小于工作面基岩层厚度。
2) 对31203工作面进行安全可行性分析，提出31203工作面回采安全保障技术，以保证开采安全，验证了湖下12下煤层开采的安全可行性。
