小青煤礦西三采區(qū)裂隙水特征及分布預(yù)測探討
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小青礦 ?王錦平
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摘 ?要 ?通過對上煤組西二采區(qū)、北二采區(qū)實(shí)見含水裂隙帶的分布情況及下煤組西三采區(qū)實(shí)見含水裂隙的分布規(guī)律的分析,綜合地質(zhì)構(gòu)造原理,對西三采區(qū)含水裂隙帶的分布做出定性預(yù)測,劃分出含水裂隙帶分布區(qū)域,對小青煤礦下煤組西三采區(qū)的裂隙水防治工作提供了指導(dǎo)。
關(guān)鍵詞 ?裂隙水 特征 分布 預(yù)測
1 引言
含水裂隙(小斷層)帶將是今后影響小青煤礦安全生產(chǎn)的主要因素之一,通過對小青礦西三采區(qū)及相鄰采區(qū)初見裂隙水危險(xiǎn)性的預(yù)測分析,認(rèn)為近東西向小斷層及裂隙密集帶的發(fā)育是造成今后西三采區(qū)突水的主要因素之一。西三采區(qū)為西二采區(qū)的接續(xù)采區(qū),其上部為西二采區(qū)、西一采區(qū),西二采區(qū)水文地質(zhì)條件比較簡單,但在采區(qū)開拓、回采巷道掘進(jìn)過程中多次發(fā)生因裂隙出水影響生產(chǎn)的事件,其對生產(chǎn)安全的影響不容忽視。原來對本采區(qū)含水裂隙的研究,只是根據(jù)鉆探資料及三維地震資料,大致掌握含水裂隙的賦存狀態(tài),對含水裂隙機(jī)理、特征、分布規(guī)律等不甚清楚。經(jīng)過本采區(qū)開拓及采掘的多次實(shí)見,結(jié)合上覆采區(qū)裂隙水發(fā)育特征,總結(jié)出發(fā)育規(guī)律,以更好地指導(dǎo)下煤組西三采區(qū)安全生產(chǎn)。 ??
2 采區(qū)基本概況
西三采區(qū)位于小青煤礦井田下煤組西部。本采區(qū)西部以F7、F14斷層為界與大隆井田相鄰;以F6、F14'、F71斷層為界與曉明井田相鄰;北為大明井田,以人為技術(shù)邊界為界;東北以人為技術(shù)邊界為界與雙樹子地方礦井田相鄰,東以F74、F81斷層為界與北三采區(qū)相鄰,南以緯線4699000定技術(shù)邊界。 采區(qū)東西寬平均為1.64km,南北長平均為4.97km,面積為8.15km2。本采區(qū)為下煤組首采區(qū),其上部為上煤組的西一采區(qū)、西二采區(qū)。
本采區(qū)地層與區(qū)域地層基本一致,主要由前震旦系遼河群的古老變質(zhì)巖構(gòu)成基底,白堊系上統(tǒng)阜新組地層以角度不整合于其上,白堊系上覆地層為白堊系下統(tǒng)的孫家灣組,兩者之間以平行不整合接觸,第四系地層以角度不整合關(guān)系覆蓋在白堊系地層之上。
白堊系地層構(gòu)成本采區(qū)的煤系地層,成煤時(shí)期為中生代早白堊世。屬于陸相、湖盆、河流、沼澤相沉積,由上至下可分為三個(gè)段:上含煤段、中部砂泥巖段、下含煤段。本區(qū)有可采煤層1層,即15-1層,全區(qū)可采,煤層賦存穩(wěn)定,結(jié)構(gòu)簡單,煤厚最大為1.6m,最小為0.70m,平均為1.15m。
3 西三采區(qū)含水裂隙賦存情況及發(fā)育特征
3.1西三采區(qū)含水裂隙賦存情況
西三采區(qū)軌道運(yùn)輸巷、皮帶運(yùn)輸巷、專用回風(fēng)巷實(shí)見的含水裂隙傾角一般大于80?,裂隙寬度一般在0.01~0.04m之間,最大達(dá)0.158m,成組發(fā)育。每組有8~10條小裂隙,裂隙間距0.2~0.8m,形成裂隙帶,具有明顯張裂性質(zhì),且充填不實(shí)。當(dāng)裂隙發(fā)育區(qū)域局部發(fā)育有含水的砂礫巖層時(shí),裂隙與其發(fā)生水力聯(lián)系,成為裂隙水的水源。當(dāng)裂隙與煤層相通時(shí),則煤層內(nèi)瓦斯在裂隙內(nèi)積聚,使裂隙水成為承壓裂隙水,一旦被采掘工程揭露,極易造成水與瓦斯突出災(zāi)害(附表)。
附表 ??西三采區(qū)裂隙突水點(diǎn)情況統(tǒng)計(jì)表
突水時(shí)間 |
突水地點(diǎn) |
最大水量(m3/h( |
水量變化趨勢 |
突水因素分析 |
2015年4月14日 |
W3回風(fēng)下山H20號(hào)測點(diǎn)前131m |
18 |
減少至淋水 |
F6斷層裂隙水 |
2017年8月10日 |
W3W皮帶石門A7前26.5m |
1 |
減少至疏干 |
87605鉆孔裂隙水 |
2018年2月4日 |
W3E皮帶石門P22點(diǎn)前162m |
12 |
減少至淋水 |
F6斷層裂隙水 |
2018年8月20日 |
W3E專用回風(fēng)巷H25點(diǎn)前132.6m |
2 |
減少至淋水 |
F6斷層尾伴生裂隙水,含瓦斯 |
2018年8月22日 |
W3E專用回風(fēng)巷H26點(diǎn)前40m |
1 |
減少至淋水 |
F6斷層尾伴生裂隙水,含瓦斯 |
2019年7月26日 |
W31501回順B21前44.5m |
2.5 |
減少至淋水 |
裂隙水,含瓦斯 |
3.2 含水裂隙的發(fā)育特征
3.2.1含水裂隙的性狀
西三采區(qū)自2014年開拓生產(chǎn)以來,揭露的含水裂隙帶共計(jì)11處,其中最大涌水量超過10m3/h的地點(diǎn)有2處。涌水量最大的出水點(diǎn)在W3回風(fēng)下山,達(dá)到18m3/h。裂隙水量最大的出水點(diǎn)在W3回風(fēng)下山,裂隙出水總量達(dá)到1000m3以上,且含有大量瓦斯。含水裂隙帶實(shí)見多分布在斷層影響范圍、褶曲兩翼,分布較集中,有一定的規(guī)律性。
3.2.2含水裂隙的產(chǎn)狀
含水裂隙走向主要呈EW向,其次為NW向,再次NE向。傾向主要呈N-NE和S-SW兩個(gè)方向,傾角一般在82?~89?之間。含水裂隙與總體分布規(guī)律基本一致,以傾角85?的為主,占95%。
3.2.3含水裂隙的寬度及分布規(guī)律
煤層中揭露的含水裂隙帶寬度較小,多為0.01~0.04m左右,多有巖屑充填。個(gè)別寬度較大,如W3專用回風(fēng)巷(沿15煤層頂板掘進(jìn))實(shí)見的F6斷層尾部,裂隙帶寬度達(dá)0.15m。巖石中的裂隙寬度稍大,多在0.02~0.08m之間。裂隙主要分布在大中型斷層附近及尖滅部位、復(fù)合褶曲軸部應(yīng)力集中區(qū),其寬度受大中型斷層及復(fù)合褶曲的控制。據(jù)統(tǒng)計(jì),寬度大于0.10m的裂隙占統(tǒng)計(jì)裂隙數(shù)量的15%,寬度大于0.05m的裂隙占統(tǒng)計(jì)裂隙數(shù)量的25%,寬度在0.05m以下的裂隙占統(tǒng)計(jì)裂隙數(shù)量的60%。總之,寬度相對較大的裂隙主要分布在大中型斷層附近及尖滅部位和復(fù)合褶曲軸部應(yīng)力集中區(qū)。小斷層和簡單褶曲附近的裂隙帶的寬度一般較小。
3.3 相鄰采區(qū)含水裂隙的發(fā)育特征
根據(jù)上部西二采區(qū)、北二采區(qū)及其它采區(qū)的實(shí)見資料,可見本井田的相鄰采區(qū)含水裂隙具有如下特征:
4 西三采區(qū)含水裂隙形成的機(jī)理分析
4.1 影響含水裂隙形成的介質(zhì)條件
煤層相對于其它巖層屬于軟弱層,硬度小,受擠壓易于變形。當(dāng)煤層受到構(gòu)造應(yīng)力作用時(shí),煤層本身不但發(fā)生塑性變形,產(chǎn)生斷裂構(gòu)造,而且為煤層頂?shù)装鍘r層中的斷裂構(gòu)造發(fā)育提供了位移空間,使頂?shù)装鍘r層中的斷裂構(gòu)造延伸到煤層中。所以,煤層中斷裂構(gòu)造較其它巖層發(fā)育,并且煤層厚度大更利于斷裂構(gòu)造的形成,反之不利于形成斷裂構(gòu)造。
西三采區(qū)的15煤層厚度0.13~1.60m,平均厚度在1.01m。本煤層頂、底板河床相沉積比較發(fā)育,多以中粗砂巖、砂礫巖為主,其次為粉砂巖、細(xì)砂巖及泥巖等,屬于較脆性巖層。在構(gòu)造應(yīng)力場作用下,斷裂構(gòu)造易在脆性巖層中形成,并在應(yīng)力的持續(xù)作用下向下部煤層擴(kuò)展。由于15煤層厚度小,斷裂構(gòu)造很容易切過煤層,繼續(xù)向底板塑性巖層粉砂質(zhì)泥巖中發(fā)展。當(dāng)遇到厚的砂巖巖層時(shí)則無力切穿,多形成上大下小的斷裂構(gòu)造??偟膩碚f西三采區(qū)的15煤頂?shù)装鍘r性組合特征有利于斷裂構(gòu)造發(fā)育。
4.2 影響含水裂隙形成的力學(xué)條件
4.2.1大型斷層對含水裂隙產(chǎn)狀的影響
在西三采區(qū)內(nèi)表現(xiàn)比較明顯,有一定的規(guī)律性,反映了大型斷層對含水裂隙的控制作用。例如:F6斷層尾部的裂隙帶在上煤組的西二采區(qū)4、7煤層及巖巷中多處實(shí)見,且含大量裂隙水及瓦斯,在15煤層巷道鄰近F6掘進(jìn)時(shí)也實(shí)見有多處含水裂隙,它們與大型斷層的關(guān)系為:
走向上:含水裂隙主要為近EW向,其次為NW、NE向,大斷層走向?yàn)镹WW、NE向,含水裂隙走向與大斷層呈平行或小角度相交,顯示應(yīng)為大斷層派生的小構(gòu)造。
傾向上:采區(qū)內(nèi)小斷層發(fā)育的三組優(yōu)勢傾向中,主要為S、SW向,與大斷層相一致?;騈、NE向,與大斷層傾向相反或有一定夾角。
4.2.2 復(fù)合褶曲對含水裂隙產(chǎn)狀的影響
在采區(qū)內(nèi)表現(xiàn)比較明顯,具有一定的規(guī)律性,反映了復(fù)合褶曲對含水裂隙的控制作用。含水裂隙受復(fù)合褶曲影響的情況,,它們與復(fù)合褶曲的關(guān)系為:
走向上:本區(qū)域含水裂隙主要為近EW向,其次為NWW向。復(fù)合褶曲軸部走向?yàn)镾WW、NE向,含水裂隙走向與SWW向褶曲軸部走向呈平行或小角度相交,顯示本區(qū)域內(nèi)的含水裂隙受復(fù)合褶曲EW向應(yīng)力擠壓、SN向應(yīng)力拉伸的影響。
傾向上:井田內(nèi)小斷層發(fā)育的三組優(yōu)勢傾向中,主要為S、SW向,與復(fù)合褶曲軸部相一致?;騈、NE向,與復(fù)合褶曲軸部傾向相反或有一定夾角。
4.2.3 大型斷層、復(fù)合褶曲對含水裂隙帶寬度、密度及分布的影響
根據(jù)采掘?qū)嵰姡C實(shí)含水裂隙帶的產(chǎn)生是在大中型斷層或復(fù)合褶曲帶的控制下形成的。距大中型斷層、復(fù)合褶曲帶較近的地段,含水裂隙帶的寬度、密度較大,遠(yuǎn)離大中型斷層、復(fù)合褶曲帶則寬度、密度逐漸減?。辉跀鄬拥霓D(zhuǎn)折部位、交匯部位及斷層尖滅部位和復(fù)合褶曲軸部交匯部位,都是應(yīng)力集中的部位,往往含水裂隙的寬度和密度都較大。
5 ?含水裂隙帶的定性預(yù)測
西三采區(qū)作為小青礦今后的主產(chǎn)采區(qū),由于含水裂隙帶是采區(qū)內(nèi)水與瓦斯突出的主要因素,因此,對本采區(qū)內(nèi)的含水裂隙帶的分布進(jìn)行準(zhǔn)確預(yù)測是十分必要的。
5.1 預(yù)測依據(jù)
(1)實(shí)見表明,多煤層中的含水裂隙在產(chǎn)狀、密度、分布等方面一般具有上下一致性,故可利用已采掘煤層的實(shí)見資料,對其上下煤層中含水裂隙進(jìn)行預(yù)測。
(2)大型斷層、復(fù)合褶曲是控制采區(qū)內(nèi)煤層含水裂隙發(fā)育的重要條件。因此,可以利用區(qū)域內(nèi)實(shí)見煤層大型斷層、復(fù)合褶曲與含水裂隙的關(guān)系,對采區(qū)內(nèi)未實(shí)見煤層中的含水裂隙進(jìn)行預(yù)測。
(3)含水裂隙發(fā)育的煤層頂?shù)装逡话愣及l(fā)育有砂巖含水層,為其裂隙水源。因此,在砂巖含水層分布范圍和大型斷層、復(fù)合褶曲交匯區(qū)域含水裂隙帶的主要發(fā)育部位,是預(yù)測的主要區(qū)域。
5.2 定性預(yù)測
通過對已知出水點(diǎn)和各種預(yù)測成果的分析認(rèn)為,含水裂隙為不同方向構(gòu)造縫和規(guī)模斷層相交處、斷層消失處和傳導(dǎo)性較好的地區(qū),并據(jù)此推斷和預(yù)測了沒有開采15-1煤層的出水情況。15煤層1029鉆孔北部靠近斷層部分,754鉆孔、525鉆孔、1051鉆孔區(qū)域裂縫發(fā)育帶為出水可能性較大的區(qū)域。(附圖)。
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附圖 ??15煤出水點(diǎn)預(yù)測圖
6 ?結(jié) ?語
含水裂隙(小斷層)帶將是今后影響小青礦安全生產(chǎn)的主要因素之一,應(yīng)加強(qiáng)預(yù)測、預(yù)報(bào),預(yù)防突水事故的發(fā)生。通過對上煤組西二采區(qū)、北二采區(qū)實(shí)見含水裂隙帶的分布情況,綜合地質(zhì)構(gòu)造原理,對西三采區(qū)含水裂隙帶的分布做出定性預(yù)測,劃分出含水裂隙帶分布區(qū)域,該方法對小青礦下煤組西三采區(qū)的裂隙水防治工作安全具有一定的指導(dǎo)意義。
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作者簡介: 王錦平 (1977-),男,工程師。1997年畢業(yè)于吉林工業(yè)學(xué)校物理勘探與礦井地質(zhì)專業(yè),現(xiàn)任小青礦工程地測大隊(duì)隊(duì)長。聯(lián)系電話:18841077908。