潘集礦區(qū)風(fēng)氧化帶地質(zhì)特征分析

那光磊

摘 要：我國煤礦災(zāi)害多發(fā)，隨著煤礦產(chǎn)量的提升，松散層下部風(fēng)氧化帶中的水害問題越來越突出，對煤礦開采帶來了威脅，造成了一定的損失，逐漸得到了大家的重視。從潘集礦區(qū)的水文地質(zhì)條件和工程地質(zhì)條件兩個方面，簡要分析了其風(fēng)氧化帶的地質(zhì)特性，提出了有利因素和不利因素，對煤礦開采有一定的借鑒意義。

關(guān)鍵詞：含水層；風(fēng)氧化帶；強度

中圖分類號：TB

文獻標(biāo)識碼：A

文章編號：16723198（2015）23028902

1 概況

淮南煤田地處淮河中游平原，煤系含可采煤層10-15層，被160-600m新生界巨厚松散層所覆蓋。煤田煤炭資源總儲量約400億t，-1000m以上總儲量123億t；是國家“十一五”規(guī)劃的13個億t級煤炭能源基地。

淮南煤田潘集礦區(qū)位于淮河中游北岸，煤炭總儲量達135億t，礦區(qū)10對礦井的井田總面積約500km2，總設(shè)計能力約為6000萬t；2010年規(guī)劃產(chǎn)量達7000萬t。由于煤系均被巨厚松散含水層所覆蓋，各礦礦井設(shè)計時按“水體壓煤”條件，統(tǒng)一留設(shè)了60-80m的防水煤柱，初步統(tǒng)計主要可采煤層防水煤柱總儲量約2億t。

20世紀(jì)80年代，礦業(yè)集團對此高度重視，制訂了礦區(qū)巨厚松散層補勘規(guī)劃，從水文地質(zhì)單元著眼，有針對性的以新生界下部含、隔水層勘探為重點的補充性、驗證性勘探試驗查條件；歷經(jīng)10余年，重點查明了潘集背斜區(qū)含水層，與近巨厚松散層下煤層開采有關(guān)的水文地質(zhì)條件，取得了合理確定防水煤柱的關(guān)鍵成果。

2 風(fēng)氧化帶含水層特征

潘集礦區(qū)新生界含水層沉積物的巖性組成和特征為：其9含水層沉積物以石英巖礫、石英砂為主，局部夾有火成巖屑。砂、礫的直徑自東南向西北方向有逐漸變小的趨勢，顆粒存在一定的磨圓度和球度，具有洪水沖積相的特征。

2.1 巖性組合特征

含水層按巖性組合及含水性自下而上又可分為含水層1、含水層2、含水層3三個含水段，其間相應(yīng)賦存隔水層1、隔水層2、隔水層3三個隔水段。各含隔水段分別闡述如下：

（1）含水層1：厚0.18-22.10m，平均7.59m。巖性主要由黃綠、灰白色、棕黑色砂礫層組成，其中夾有1～2層粘土和泥質(zhì)砂礫，主要分布在凹槽內(nèi)，向凹槽兩邊尖滅，從東向西砂礫粒度變細(xì)，粘土層數(shù)減少。單位涌水量q=0.02-0.22L/（s·m），富水性弱-中等。

（2）含水層2：厚1.0-45.93m，平均20.73m。是含水層中較富水的層段，單位涌水量q=0.49-2.4L/s·m，巖性主要為灰綠黃綠色砂礫層及中砂礫層組成，中部夾1-2層固結(jié)砂質(zhì)粘土，凹槽部位砂層夾厚，粘土向凹槽兩邊增厚，在基巖隆起部位缺失。

（3）含水層3：厚1.95-43.95m，平均20.73m。單位涌水量q=0.06-0.15L/（s·m），巖性為褐黃-中黃色泥質(zhì)砂礫，由泥質(zhì)中粗砂及含礫粘土組成，夾1-2層粘土，凹槽部位砂層增厚，粒度變粗，垂直凹槽兩邊南北方向粘土增厚，砂層厚度減小。

（4）隔水層1：厚0-3.04m，平均2.01m。巖性主要由褐黃、棕紅色粘土、粘質(zhì)砂土組成。只分布于凹槽底部局部地區(qū)，其余地區(qū)均缺失。

（5）隔水層2：厚0.77-14.67m，平均4.39m。巖性主要由灰褐、黃褐色固結(jié)砂質(zhì)粘土、粘質(zhì)砂土組成，主要分布在凹槽內(nèi)，向凹槽兩邊尖滅。

（6）隔水層3：厚1.0-45.93m，平均20.73m。巖性主要由褐黃、黃綠色砂質(zhì)粘土組成，局部含有1層砂或砂礫。分布較穩(wěn)定，但也有局部地段變薄至尖滅。

2.2 含水層富水性

根據(jù)已有勘探資料及前人研究成果可知含水層的水文地質(zhì)特征為：其厚度為0-79.45m，平均46.67m，在潘集礦區(qū)煤系地層上方較為廣泛沉積分布，不整合分布于基巖面之上。據(jù)含水層混合抽水資料，單位涌水量為0.0016-2.94L/（s·m），其水質(zhì)為高礦化度的Cl-Na型水。

2.3 含水層補給條件

潘集礦區(qū)新生界含水層在煤系地層上方較為廣泛沉積分布，其與煤系地層底部的太灰、奧灰，上覆的中含、上含聯(lián)系程度，從目前的水位、水溫、水質(zhì)的差異來看水力聯(lián)系不明顯，但與煤系地層的砂層裂隙含水層有較為密切的水力聯(lián)系。

覆蓋于基巖面以上的新生界下部含水層，在潘一、潘三兩礦的基建與生產(chǎn)過程中，已產(chǎn)生水害，并且造成了巨大的經(jīng)濟損失。分析其原因，均是由于煤系砂巖與含水層之間無粘土層隔離，部分地段在“天窗”區(qū)與含水層直接接觸，并接受含水層的補給，成為礦井的主要充水水源。

3 風(fēng)氧化帶的工程地質(zhì)特征

潘集礦區(qū)風(fēng)氧化帶淺部煤層頂板巖性組合特征：偽頂巖性一般為炭頁巖或粘土巖，抗壓強度小于5MPa，抗拉強度小，巖層較為薄弱，賦存不穩(wěn)定。煤層之上的粘土巖、砂質(zhì)粘土巖與老頂?shù)纳皫r接觸，厚度一般平均2.5m。煤層直接頂為粘土巖、砂質(zhì)粘土巖或粉砂巖。13號煤層頂板由單一粘土巖、砂質(zhì)粘土巖組成，厚度大，一般不含砂巖老頂。煤層直接頂板抗壓強度變異范圍大，一般平均為35MPa，抗拉強度小，直接頂一般較破碎，與老頂粘結(jié)力差，易離層冒落。

潘集背斜區(qū)基巖風(fēng)氧化帶深度22.25-27.04m。風(fēng)氧化帶巖石強度主要受巖性、風(fēng)化程度、含水量影響。經(jīng)試驗測得，風(fēng)化砂巖單軸抗壓強度一般為1.7-46.54MPa，未風(fēng)化砂巖強度一般為30.67-6321MPa。

潘集礦區(qū)風(fēng)氧化帶力學(xué)性參數(shù)強度普遍偏低，這一工程地質(zhì)條件差異特征，主要是由于兩者巨厚松散層水文地質(zhì)條件不同所至。潘集礦區(qū)松散層下部存在高水壓含水層，而張集、謝橋礦區(qū)巨厚松散層下部不存在高承壓含水層，而為巨厚隔水層；從而導(dǎo)致兩者下部風(fēng)氧化帶含水量不同，力學(xué)性質(zhì)不同。

越接近于松散層的巖層風(fēng)化程度越高，換而言之，回采上限的大幅度提高會進入風(fēng)氧化帶巖層中，上限提的越高距離中等風(fēng)化程度的巖層越近，甚至進入此風(fēng)化巖層中，對煤層頂板的穩(wěn)定性就非常不利，同時由于風(fēng)化帶巖層破碎嚴(yán)重，不能形成很好的隔水層也會使得頂板發(fā)生淋水甚至透水，進一步弱化頂板巖石強度，對安全開采越是不利。潘北礦東翼井筒附近風(fēng)氧化帶具有良好的隔水性能。

4 結(jié)論

本區(qū)煤層覆巖層尤其是80m防水煤柱內(nèi)巖層多以泥質(zhì)類巖層為主，巖層不易產(chǎn)生裂隙，巖層頂板的破壞高度大幅度降低，工作面冒落裂縫帶尤其是冒落帶高度還隨上覆煤巖柱高度的減小，降低幅度相對增加。

泥巖和粉砂巖為主的風(fēng)化帶強度低，塑性大，抗變形能力強，巖石多趨泥化，能夠充分抑制采動冒落裂縫帶發(fā)展高度、裂隙發(fā)育程度及連通、滲透性，從而具有較強的隔水性。試驗研究中發(fā)現(xiàn)，在同一采區(qū)，開采條件相同的情況下，上部區(qū)段覆巖破壞高度遠(yuǎn)小于下部區(qū)段，進一步證明了風(fēng)化帶軟弱巖層具有阻止覆巖高度的發(fā)展和易恢復(fù)隔水性能。

本區(qū)西部底部含水層下部分布大范圍的粘土層，粘土層以固結(jié)粘土為主，使第四系孔隙含水層與基巖含水層之間無水力聯(lián)系。強風(fēng)化帶紅層以紫紅色細(xì)砂巖為主，局部夾固結(jié)粘土1-2層，基本不含水，不導(dǎo)水這對大大縮小防水煤柱（甚至改防水煤柱為防砂煤柱），提高上限頂水開采極為有利。

參考文獻

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