第43屆三等獎論文---小青煤礦西三采區裂隙水特征及分布預測探討

小青煤礦西三采區裂隙水特征及分布預測探討

?

小青礦 ?王錦平

?

摘 ?要 ?通過對上煤組西二采區、北二采區實見含水裂隙帶的分布情況及下煤組西三采區實見含水裂隙的分布規律的分析,綜合地質構造原理,對西三采區含水裂隙帶的分布做出定性預測,劃分出含水裂隙帶分布區域,對小青煤礦下煤組西三采區的裂隙水防治工作提供了指導。

關鍵詞 ?裂隙水 特征 分布 預測

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的主要因素之一,通過對小青礦西三采區及相鄰采區初見裂隙水危險性的預測分析,認為近東西向小斷層及裂隙密集帶的發育是造成今后西三采區突水的主要因素之一。西三采區為西二采區的接續采區,其上部為西二采區、西一采區,西二采區水文地質條件比較簡單,但在采區開拓、回采巷道掘進過程中多次發生因裂隙出水影響生產的事件,其對生產安全的影響不容忽視。原來對本采區含水裂隙的研究,只是根據鉆探資料及三維地震資料,大致掌握含水裂隙的賦存狀態,對含水裂隙機理、特征、分布規律等不甚清楚。經過本采區開拓及采掘的多次實見,結合上覆采區裂隙水發育特征,總結出發育規律,以更好地指導下煤組西三采區安全生產。 ??

2 采區基本概況

西三采區位于小青煤礦井田下煤組西部。本采區西部以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,以人為技術邊界為界;東北以人為技術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相鄰,南以緯線4699000定技術邊界。 采區東西寬平均為1.64km,南北長平均為4.97km,面積為8.15km2。本采區為下煤組首采區,其上部為上煤組的西一采區、西二采區。

本采區地層與區域地層基本一致,主要由前震旦系遼河群的古老變質巖構成基底,白堊系上統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系覆蓋在白堊系地層之上。

白堊系地層構成本采區的煤系地層,成煤時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段:上含煤段、中部砂泥巖段、下含煤段。本區有可采煤層1層,即15-1層,全區可采,煤層賦存穩定,結構簡單,煤厚最大為1.6m,最小為0.70m,平均為1.15m。

3 西三采區含水裂隙賦存情況及發育特征

3.1西三采區含水裂隙賦存情況

西三采區軌道運輸巷、皮帶運輸巷、專用回風巷實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0.158m,成組發育。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,且充填不實。當裂隙發育區域局部發育有含水的砂礫巖層時,裂隙與其發生水力聯系,成為裂隙水的水源。當裂隙與煤層相通時,則煤層內瓦斯在裂隙內積聚,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害(附表)。

附表 ??西三采區裂隙突水點情況統計表

突水時間

突水地點

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回風下山H20號測點前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專用回風巷H25點前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專用回風巷H26點前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 含水裂隙的發育特征

3.2.1含水裂隙的性狀

西三采區自2014年開拓生產以來,揭露的含水裂隙帶共計11處,其中最大涌水量超過10m3/h的地點有2處。涌水量最大的出水點在W3回風下山,達到18m3/h。裂隙水量最大的出水點在W3回風下山,裂隙出水總量達到1000m3以上,且含有大量瓦斯。含水裂隙帶實見多分布在斷層影響范圍、褶曲兩翼,分布較集中,有一定的規律性。

3.2.2含水裂隙的產狀

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兩個方向,傾角一般在82?~89?之間。含水裂隙與總體分布規律基本一致,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。個別寬度較大,如W3專用回風巷(沿15煤層頂板掘進)實見的F6斷層尾部,裂隙帶寬度達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、復合褶曲軸部應力集中區,其寬度受大中型斷層及復合褶曲的控制。據統計,寬度大于0.10m的裂隙占統計裂隙數量的15%,寬度大于0.05m的裂隙占統計裂隙數量的25%,寬度在0.05m以下的裂隙占統計裂隙數量的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合褶曲軸部應力集中區。小斷層和簡單褶曲附近的裂隙帶的寬度一般較小。

3.3 相鄰采區含水裂隙的發育特征

根據上部西二采區、北二采區及其它采區的實見資料,可見本井田的相鄰采區含水裂隙具有如下特征:

  1. 含水裂隙主要為高角度張性裂隙,傾角多在82?以上。
  2. 含水裂隙產狀總體上一致。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兩個方向。近EW向的含水裂隙在井田內的含水構造起控制作用。NW、NE向的含水裂隙只在局部發育。
  3. 含水裂隙寬度一般在0.02 m以上,往往成組發育,走向及垂直方向延伸較長,個別有一至二條主裂隙面。含水小斷層落差一般在3.5m以下,在煤層中的斷層面一般都有煤、巖屑充填,在巖層中的斷層面可見有明顯縫隙。
  4. 含水裂隙的密度及分布范圍與上下煤層具有對應關系。

4 西三采區含水裂隙形成的機理分析

4.1 影響含水裂隙形成的介質條件

煤層相對于其它巖層屬于軟弱層,硬度小,受擠壓易于變形。當煤層受到構造應力作用時,煤層本身不但發生塑性變形,產生斷裂構造,而且為煤層頂底板巖層中的斷裂構造發育提供了位移空間,使頂底板巖層中的斷裂構造延伸到煤層中。所以,煤層中斷裂構造較其它巖層發育,并且煤層厚度大更利于斷裂構造的形成,反之不利于形成斷裂構造。

西三采區的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育,多以中粗砂巖、砂礫巖為主,其次為粉砂巖、細砂巖及泥巖等,屬于較脆性巖層。在構造應力場作用下,斷裂構造易在脆性巖層中形成,并在應力的持續作用下向下部煤層擴展。由于15煤層厚度小,斷裂構造很容易切過煤層,繼續向底板塑性巖層粉砂質泥巖中發展。當遇到厚的砂巖巖層時則無力切穿,多形成上大下小的斷裂構造。總的來說西三采區的15煤頂底板巖性組合特征有利于斷裂構造發育。

4.2 影響含水裂隙形成的力學條件

4.2.1大型斷層對含水裂隙產狀的影響

在西三采區內表現比較明顯,有一定的規律性,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4、7煤層及巖巷中多處實見,且含大量裂隙水及瓦斯,在15煤層巷道鄰近F6掘進時也實見有多處含水裂隙,它們與大型斷層的關系為:

走向上:含水裂隙主要為近EW向,其次為NW、NE向,大斷層走向為NWW、NE向,含水裂隙走向與大斷層呈平行或小角度相交,顯示應為大斷層派生的小構造。

傾向上:采區內小斷層發育的三組優勢傾向中,主要為S、SW向,與大斷層相一致。或N、NE向,與大斷層傾向相反或有一定夾角。

4.2.2 復合褶曲對含水裂隙產狀的影響

在采區內表現比較明顯,具有一定的規律性,反映了復合褶曲對含水裂隙的控制作用。含水裂隙受復合褶曲影響的情況,,它們與復合褶曲的關系為:

走向上:本區域含水裂隙主要為近EW向,其次為NWW向。復合褶曲軸部走向為SWW、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,顯示本區域內的含水裂隙受復合褶曲EW向應力擠壓、SN向應力拉伸的影響。

傾向上:井田內小斷層發育的三組優勢傾向中,主要為S、SW向,與復合褶曲軸部相一致。或N、NE向,與復合褶曲軸部傾向相反或有一定夾角。

4.2.3 大型斷層、復合褶曲對含水裂隙帶寬度、密度及分布的影響

根據采掘實見,證實含水裂隙帶的產生是在大中型斷層或復合褶曲帶的控制下形成的。距大中型斷層、復合褶曲帶較近的地段,含水裂隙帶的寬度、密度較大,遠離大中型斷層、復合褶曲帶則寬度、密度逐漸減小;在斷層的轉折部位、交匯部位及斷層尖滅部位和復合褶曲軸部交匯部位,都是應力集中的部位,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測

西三采區作為小青礦今后的主產采區,由于含水裂隙帶是采區內水與瓦斯突出的主要因素,因此,對本采區內的含水裂隙帶的分布進行準確預測是十分必要的。

5.1 預測依據

(1)實見表明,多煤層中的含水裂隙在產狀、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見資料,對其上下煤層中含水裂隙進行預測。

(2)大型斷層、復合褶曲是控制采區內煤層含水裂隙發育的重要條件。因此,可以利用區域內實見煤層大型斷層、復合褶曲與含水裂隙的關系,對采區內未實見煤層中的含水裂隙進行預測。

(3)含水裂隙發育的煤層頂底板一般都發育有砂巖含水層,為其裂隙水源。因此,在砂巖含水層分布范圍和大型斷層、復合褶曲交匯區域含水裂隙帶的主要發育部位,是預測的主要區域。

5.2 定性預測

通過對已知出水點和各種預測成果的分析認為,含水裂隙為不同方向構造縫和規模斷層相交處、斷層消失處和傳導性較好的地區,并據此推斷和預測了沒有開采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鉆孔區域裂縫發育帶為出水可能性較大的區域。(附圖)。

?

?

?


?

?


?

附圖 ??15煤出水點預測圖

6 ?結 ?語

含水裂隙(小斷層)帶將是今后影響小青礦安全生產的主要因素之一,應加強預測、預報,預防突水事故的發生。通過對上煤組西二采區、北二采區實見含水裂隙帶的分布情況,綜合地質構造原理,對西三采區含水裂隙帶的分布做出定性預測,劃分出含水裂隙帶分布區域,該方法對小青礦下煤組西三采區的裂隙水防治工作安全具有一定的指導意義。

?

?

作者簡介: 王錦平 1977-),男,工程師。1997年畢業于吉林工業學校物理勘探與礦井地質專業,現任小青礦工程地測大隊隊長。聯系電話:18841077908

京东购物卡怎么赚钱 腾讯分分彩一星技巧 亲友湖南棋牌官方版 简单网赚联盟 腾讯qq分分彩官网 怎样股票短线 国际象棋哪个牌子好 硅pu篮球场施工工 追光娱乐棋牌下载ios 发行股票的优缺点 申城棋牌手机版下载?