陳宜新

摘要：全面細(xì)致地交換分析兩井邊界采區(qū)地質(zhì)、測(cè)量、水文資料，是降低各類開采風(fēng)險(xiǎn)的重要技術(shù)保證；該文通過對(duì)井田邊界地質(zhì)及水文地質(zhì)條件進(jìn)行分析，作出了其未采區(qū)開采風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)，并提出了降低開采風(fēng)險(xiǎn)的相關(guān)對(duì)策與建議。

關(guān)鍵詞：井田邊界 斷層 風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)

1 煤系地層特征

井田煤系地層為二迭系，厚約800m，其下統(tǒng)山西組、下石盒子及上統(tǒng)上石盒子組為主要含煤地層，含煤40余層，已定名34層，自下而上分A、B、C、D、E五個(gè)含煤組。下部A、B、C三組為開采對(duì)象，含可采與局部可采煤層13層，總厚度22.95m，含煤系數(shù)5.47%，其中C13、B11b、B9b、B7b、B4b、A1為本區(qū)主采煤層。含煤地層巖性主要由細(xì)～粗砂巖、粉砂巖、砂質(zhì)泥巖、泥巖、鋁土巖、煤層等組成，屬河湖相沉積建造。

2 井田邊界地質(zhì)構(gòu)造特征

井田構(gòu)造復(fù)雜，自西向東發(fā)育的主體構(gòu)造有F3-4、F4、F5等一系列高角度同傾斜切正斷層，煤巖層走向受斷層牽引作用而西扭，尤其在F5斷層附近，受構(gòu)造張扭作用煤層走向變化更大，形成寬緩褶曲構(gòu)造。斷層發(fā)育特征：①F3-4、F4、F5均為正斷層，屬張扭力學(xué)性質(zhì)，斷層帶內(nèi)充填有角礫巖及斷層泥等。②斷層走向與煤層走向斜切夾角在38°～45°之間，斷層面陡立，傾角70°以上，與煤層同傾，落差向深部增大。③三條主斷層間距近乎均等，沿煤層走向間隔240m左右，近似平行展布。④斷層組合型式為階梯狀，走向上由西向東煤層逐級(jí)抬升。⑤旁側(cè)次生斷層極其發(fā)育，對(duì)開采影響很大。

3 井田邊界水文地質(zhì)特征

3.1 第四系沖積層流砂層含水層及“天窗”區(qū) 第四系沖積層不整合覆蓋于煤系地層之上，總厚15～38m，自上而下可分為表土層、流砂層及泥灰?guī)r三層結(jié)構(gòu)。流砂層厚5～11m，孔隙度32.73～35.16%，給水度26%，單井涌水量q=0.69～3.42L/s.m，滲透系數(shù)k=3.09～17.73m/d，結(jié)構(gòu)松散為地下水所所飽和，富水性強(qiáng)，水位標(biāo)高+15～18.5m，屬孔隙承壓含水層。泥灰?guī)r厚0～16m，直接覆蓋于煤系地層之上，由西向東厚度變薄至尖滅，由南向北逐漸增厚，巖性復(fù)雜，q=0.001～0.029L/s.m，k=0.002～0.45m/d，屬弱透水或不透水層，為水體下采煤的良好隔水層。

3.2 煤系地層砂巖富水性 煤系地層隱覆于第四系地層之下，基巖面標(biāo)高+5～-24m，其中C13、B11b、B9b、B4b、A2五個(gè)煤層頂板砂巖為脈網(wǎng)狀裂隙含水層，富水性受控于裂隙發(fā)育程度，不同塊段差異很大。

3.3 太原群灰?guī)r含水層 太原群地層總厚約120m，含薄～厚層狀灰?guī)r10～12層，厚約56m，為礦井直接充水含水層，富水性受巖溶發(fā)育程度控制。按其層間距自上而下分為C3-Ⅰ、C3-Ⅱ、C3-Ⅲ三大組，其中第一組中的C33上、C33下兩層灰?guī)r較厚且賦存穩(wěn)定，為主要含水層位。第一層灰?guī)rC31與A1煤層法距17.0～24.8m，按淮南礦區(qū)臨界突水系數(shù)0.05Mpa/m計(jì)算，A1煤層底板隔水層可承壓0.85～1.24Mpa。

4 開采風(fēng)險(xiǎn)預(yù)測(cè)

4.1 斷層風(fēng)險(xiǎn) 斷層是地殼運(yùn)動(dòng)引起巖層變形、斷裂直至發(fā)生明顯位移的地質(zhì)現(xiàn)象，使地層失去連續(xù)性，其規(guī)模取決于構(gòu)造應(yīng)力大小、煤巖層組合特征及物理力學(xué)性質(zhì)等因素。該邊界采區(qū)共發(fā)育F3-4、F4、F5三條張扭性高角度斜切正斷層，落差大，切割煤層多，主斷層旁側(cè)走向100m范圍內(nèi)次生斷層極其發(fā)育。根據(jù)區(qū)內(nèi)兩個(gè)礦開采資料統(tǒng)計(jì)，在F3-4至F5斷層間走向500m左右的范圍內(nèi)實(shí)見落差0.8m以上的次生斷層25條，跳壓開采11次。這些次生斷層造成煤層的頻繁變薄斷失，頂?shù)装鍘r性破碎，巷道壓力大，極易產(chǎn)生頂板事故，同時(shí)也是水、煤與瓦斯突出等災(zāi)害發(fā)生的誘因，因此斷層是開采風(fēng)險(xiǎn)最大的地質(zhì)因素。

4.2 水害風(fēng)險(xiǎn) ①本區(qū)各煤層露頭全部位于河流下，尤其是B9b～C13煤層露頭處在面積達(dá)3.1萬m2的第四系新地層“天窗”區(qū)下，豐富的流砂層水直接通過“天窗”補(bǔ)給B9b、B11b、C13老頂砂巖含水層，因此這三層煤采掘時(shí)的頂板出水風(fēng)險(xiǎn)最大，并已被以往開采證實(shí)。據(jù)統(tǒng)計(jì)，此頂板砂巖水量大于5.0m3/h以上的出水次數(shù)高達(dá)14次，其中以B9b頂板砂巖出水量最大達(dá)86.4m3/h。②大量發(fā)育的張扭性斜切正斷層，既是儲(chǔ)水空間，又是導(dǎo)水通道，從實(shí)際揭露看，其含水導(dǎo)水性較弱，但一旦被采掘應(yīng)力激活后仍然可能好展成為良好的導(dǎo)水通道。③受F5大斷層的切割和位移，該礦開采的斷層上盤A1煤層與下盤A1底板太原群第三層灰?guī)r含水層C33對(duì)接，這就加大了灰?guī)r突水的風(fēng)險(xiǎn)。

4.3 煤與瓦斯突出風(fēng)險(xiǎn) 該采區(qū)內(nèi)C13、B9b、B7b、B4b、A1為突出煤層，影響煤與瓦斯突出的三個(gè)主要指標(biāo)是地應(yīng)力、瓦斯?jié)撃堋⒚旱奈锢砹W(xué)性質(zhì)，前兩者更具決定性。①根據(jù)礦井成果資料及實(shí)際開采情況，該區(qū)-200～-530m水平間的瓦斯含量：C13為2.29～8.64m3/t、B9b為9.78～13.91m3/t、B7b為7.64～13.73m3/t、B4b為6.35～11.94m3/t、A1為2.39～10.2m3/t，較相鄰采區(qū)瓦斯含量偏低，這主要是因?yàn)橐幌盗袕埮ば哉龜鄬忧懈蠲合档貙?，?dǎo)致瓦斯沿構(gòu)造裂隙通道獲得一定程度的滲透逸散，瓦斯?jié)撃芟鄳?yīng)釋放，但隨著埋深的增加各煤層瓦斯含量仍增勢(shì)明顯，其中以A1煤層瓦斯含量增幅最快，這預(yù)示了向深部煤與瓦斯突出危險(xiǎn)性不斷加大。②本區(qū)煤與瓦斯突出的最大風(fēng)險(xiǎn)因素是局部應(yīng)力集中。由于本區(qū)斷層發(fā)育，采空區(qū)眾多，斷層附近存在殘余構(gòu)造應(yīng)力，采空區(qū)邊界附近存在高應(yīng)力區(qū)，使煤層處于強(qiáng)擠壓狀態(tài)，有利于構(gòu)造煤的形成和發(fā)育，因此斷層附近和采空區(qū)附近的高應(yīng)力區(qū)突出危險(xiǎn)最大。如該礦東四采區(qū)A1煤層在距F5斷層50m之外自-400m向下施工開切下山時(shí)，預(yù)測(cè)指標(biāo)頻頻嚴(yán)重超標(biāo)，因突出危險(xiǎn)太大被迫停掘。

4.4 資源風(fēng)險(xiǎn) 基于邊界采區(qū)復(fù)雜而特殊的地質(zhì)及水文地質(zhì)條件和以往的開采歷史，F(xiàn)3-4、F4、F5主構(gòu)造面旁側(cè)的次生斷層多，頂板水害威脅大，丟采、棄采、跳采現(xiàn)象極為普遍，采區(qū)及工作面回采率低，根據(jù)斷層格局和水害威脅程度可以預(yù)測(cè)，C13～B7b煤層在F3-4～F5斷層間約占采區(qū)35%的資源風(fēng)險(xiǎn)較大，而B4b、A1及F3-4斷層以西各煤層資源風(fēng)險(xiǎn)較小。

5 結(jié)論和建議

①全面細(xì)致地交換分析兩井邊界采區(qū)地質(zhì)、測(cè)量、水文資料，是降低各類開采風(fēng)險(xiǎn)的重要技術(shù)保證。②呈臺(tái)階狀組合、平行狀展布的F3-4、F4、F5主控?cái)鄬邮钱a(chǎn)生該邊界采區(qū)高開采風(fēng)險(xiǎn)的最本質(zhì)原因。③第四系新地層泥灰?guī)r“天窗”區(qū)及大量斷裂構(gòu)造的存在是本區(qū)頂板砂巖水害頻發(fā)的主要原因。④該邊界采區(qū)A、B組煤突出傾向較大，尤其在斷層附近和采空區(qū)附近的高應(yīng)力區(qū)突出危險(xiǎn)性最大，巷道布置和開采順序要充分考慮與突出煤層的關(guān)系。⑤該邊界采區(qū)因?yàn)閿鄬雍晚敯逅Χ嬖谝欢ǖ馁Y源風(fēng)險(xiǎn)，開采設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)考慮以最小的巷道投入作探索性開采的方案。

參考文獻(xiàn)：

[1]柴登榜，等.礦井地質(zhì)工作手冊(cè).北京：煤炭工業(yè)出版社.1986.

[2]蘇瑞海，孫榮久.巷道底鼓及防治.技術(shù)創(chuàng)新與實(shí)踐——全國煤礦技術(shù)成果論文選編/中國煤炭工業(yè)協(xié)會(huì)編.——徐州：中國礦業(yè)大學(xué)出版社.2000.6.