章村礦四井2602運料巷突水點的出水位置分析

王波

摘要： 礦井突水的觀測、分析和治理是保證礦井安全生產(chǎn)的基本前提。在面對每一次的采掘工作面有突水點時，及時對突水點的水質(zhì)進(jìn)行化驗，并以此為據(jù)對突水點進(jìn)行出水位置的分析，可以為將來的礦井安全生產(chǎn)提供依據(jù)和保證。

Abstract： The observation， analysis and management of mine water inrush is the basic premise to guarantee mine safety production. In the face of every mining working face with water inrush point， to test the quality of the water in water bursting point in time， and analyze the water bursting position can provide basis for mine safety production in the future.

關(guān)鍵詞： 章村礦26采區(qū)；2602運料巷；突水點出水位置分析

Key words： Zhangcun Mine 26 mining area；2602 haul lane；water inrush point water position analysis

中圖分類號：TD163 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-4311（2016）09-0119-02

0 引言

煤礦防治水工作現(xiàn)已成為全國煤礦安全生產(chǎn)中的重點工作。在礦井遇頂板突水時，通常以觀測水情、化驗水質(zhì)來確定水害，通過分析不僅進(jìn)一步明確了突水點在頂板的出水位置，而且為整個采區(qū)的水文地質(zhì)條件進(jìn)行了細(xì)化，為采區(qū)的安全生產(chǎn)提供有利的資料。但是在實際工作中往往會漏掉分析這道關(guān)鍵步驟。章村礦通過四井2602運料巷突水點的出水位置分析，為采區(qū)下部工作面的安全生產(chǎn)提供了可靠的資料，確保礦井防治水工作的順利進(jìn)行。

1 突水點及相關(guān)地層基本概況

章村礦四井2602工作面是4226采區(qū)上部第一個回采工作面，在2602運料巷掘進(jìn)到位后，初始巷道無水，一個月后巷道迎頭頂板開始出水，最大水量40m3/h，疏放一段時間后，水量穩(wěn)定至12 m3/h。

4226采區(qū)所處的煤田屬隱伏式煤田，地層劃分主要依靠鉆探和井巷揭露資料。根據(jù)四井4226采區(qū)地層情況，與突水點相關(guān)地層敘述如下：

1.1 石炭系（C）

1.1.1 中統(tǒng)本溪組（C2b） 假整合于馬家溝灰?guī)r之上，地表未出露。地層總厚3.9～28.35m，平均13.81m。中下部為灰、灰黑色鋁土質(zhì)泥巖，砂質(zhì)泥巖，具鮞狀結(jié)構(gòu)，間夾細(xì)砂巖，粉砂巖。上部為一層深灰色石灰?guī)r，含蜒科動物化石，尚較穩(wěn)定，稱本溪灰?guī)r或盡頭灰?guī)r。在穿過本層位的21個鉆孔中見本溪灰?guī)r者有14孔，厚0.39～5.04m，平均3.51m。

1.1.2 上統(tǒng)太原組（C3 t） 總厚107.83～154.78m，平均130.00m。為灰、灰黑色砂質(zhì)泥巖，泥巖與細(xì)砂巖，粉砂巖互層，間夾石灰?guī)r4～7層，其中沉積普遍，厚度穩(wěn)定者有大青、中青、伏青和野青灰?guī)r四層，為良好標(biāo)志層；其余下架、小青和一座灰?guī)r僅局部或偶有沉積。含煤7～12層，命名為9#、8#、7#、6#、5#（煤組）、4#、3#煤，其中可開采者僅9#煤一層，局部可開采6#煤一層。本組主要標(biāo)志層有：大青灰?guī)r（標(biāo)9）、中青灰?guī)r（標(biāo)8）、伏青灰?guī)r（標(biāo)7）、野青灰?guī)r（標(biāo)6）。

1.2 二疊系（P）

1.2.1 山西組（P1sh） 總厚65.06～98.67m，平均91.41m。底部常以一層灰、深灰色細(xì)、中粒砂巖或粉砂巖與太原組分界，整合接觸。下部為砂質(zhì)泥巖，泥巖偶夾煤線。中部以灰、深灰色中，細(xì)粒砂巖、粉砂巖為主，間夾灰黑色砂質(zhì)泥巖、泥巖，含煤2～5層，命名為2下、底岔，2#、1#煤，其中2#可采，2下煤局部可采。2#煤夾矸為深灰色（晶質(zhì)）水云母粘土巖是極可靠的標(biāo)志層。上部為灰色砂質(zhì)泥巖、泥巖，局部具泥質(zhì)或菱鐵質(zhì)細(xì)鮞粒結(jié)構(gòu)，間夾粉砂巖，細(xì)砂巖。

1.2.2 下石盒子組（P1x） 全段厚約91～128.94m，平均為114.48m。主要為灰色、灰黃色粉砂巖，砂質(zhì)泥巖，含鋁土質(zhì)泥巖以及3～6層細(xì)中粒砂巖組成。

上部有一層50m左右的鋁土質(zhì)泥巖，砂質(zhì)泥巖和粉砂巖，從測井曲線上自然伽瑪值為10～12γ左右，形成低值段（稱標(biāo)1），曲線標(biāo)志明顯，可區(qū)別于上下各段地層，從巖性上本層頂部10m左右有一層黑色泥巖，中下部有一層灰白色淺灰綠色瓷土礦，鏡下鑒定名淺灰色粘土巖，巖石由粘土礦物及高嶺石，結(jié)晶很細(xì)，纖狀生長的水云母組成（標(biāo)2），也可區(qū)別其它各段地層。

底部為一層灰色、灰白色厚層細(xì)～中粒砂巖，稱駱駝脖砂巖（標(biāo)3），鏡下鑒定為細(xì)粒含長石及黃鐵礦石英砂巖或粗粒含巖屑石英砂巖，無論細(xì)粒或粗粒，膠結(jié)物以硅質(zhì)為主，重礦物有鋯石，視電阻率為高峰顯示，值為160～200ΩM，伽瑪值為6～10γ，較為明顯，此層作為下石盒子組與山西組分界。

2 出水點附近介紹

2.1 本層煤相鄰地層的標(biāo)志層

2.1.1 駱駝脖砂巖（標(biāo)3） 位于下石盒子組底部，為一層灰色、灰白色厚層細(xì)～中粒砂巖，鏡下鑒定為細(xì)粒含長石及黃鐵礦石英砂巖或粗粒含巖屑石英砂巖，無論細(xì)?；虼至?，膠結(jié)物以硅質(zhì)為主，重礦物有鋯石，視電阻率為高峰顯示，值為160～200ΩM，伽瑪值為6～10γ，較為明顯，此層作為與山西組分界。

2.1.2 瓷土礦（標(biāo)2） 位于下石盒子組中部，為一層灰白色淺灰綠色瓷土礦，鏡下鑒定名淺灰色粘土巖，巖石由粘土礦物及高嶺石，結(jié)晶很細(xì)，纖狀生長的水云母組成。

2.1.3 鋁土質(zhì)泥巖，砂質(zhì)泥巖和粉砂巖（標(biāo)1） 位于下石盒子組上部，巖性為鋁土質(zhì)泥巖，砂質(zhì)泥巖和粉砂巖，從測井曲線上自然伽瑪值為10～12γ左右，形成低值段，曲線標(biāo)志明顯，可區(qū)別于上下各段地層。

2.2 本層煤簡述

2#煤層：為開采煤層，上距山西組頂界約40～50m。煤厚0.05～5.56m，平均1.78m，可采厚度平均1.66m。北東厚，西南薄。煤厚一般均在2.0m以上，平均2.61m，可采厚2.31m。

2.3 主要含水層

章村四井井田含水系統(tǒng)從上到下劃分為九個含水層組，自上而下分別為：第四系砂礫石層和泥礫，二疊系下石盒子組一段砂巖、山西組2#煤頂板砂巖、太原組野青灰?guī)r、伏青灰?guī)r，大青灰?guī)r、本溪灰?guī)r、奧陶系馬家溝組灰?guī)r及燕山期閃長巖含水層，其中山西組2#煤頂板砂巖含水層為四井開采活動的直接影響含水層。

2.4 隔水層特征

石盒子組砂巖含水層和山西組砂巖含水層之間的厚度為15.45～183.12m，平均177.03m，主要成分為粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、鋁土巖，隔水性能好。山西組砂巖含水層與野青灰?guī)r含水層之間相距65.25～84.11m，平均71.85m，主要巖性為粉砂巖、泥巖、中細(xì)砂巖，全區(qū)分布很穩(wěn)定，隔水性能好。野青灰?guī)r含水層與伏青灰?guī)r含水層之間相隔28.49～55.81m，平均40.21m，主要為泥巖、粉砂巖層，隔水性能尚可。伏青灰?guī)r含水層與大青灰?guī)r含水層之間相距32.35～50.55m，平均43.41m，主要巖性是粉、細(xì)砂巖互層夾煤層、粉砂巖、泥巖為主，隔水性能較好。大青灰?guī)r含水層與本溪灰?guī)r含水層之間厚25.90～47.89m，平均38.31m，主要為粉砂巖夾薄層砂巖和煤層，隔水性較好。

2.5 瓷土礦

本段瓷土礦為淺灰—灰白色，質(zhì)純，細(xì)膩具滑感粘土巖，主要礦物由纖狀生長的水云母及高嶺石組成，含有Fe2O3呈紫紅色色斑及Fe2S而呈淺綠色，分為I級和Ⅲ級兩段，礦體呈層狀、似層狀產(chǎn)出。

2.5.1 基本性質(zhì) 化學(xué)特征：在主礦層以上的層位中，根據(jù)化學(xué)成份圈出多層瓷土礦Ⅲ級品礦體，總厚達(dá)20～45m，規(guī)模較大，由于鐵含量較高（<1.5），Ⅲ級品礦石只能做一般陶瓷配料和裝飾用瓷磚主料。沙河市瓷土礦及有關(guān)伊利石的化學(xué)成份如表1。

2.5.2 礦床成因探討 瓷土礦的形成經(jīng)過沉積及變質(zhì)兩個成礦階段，屬于“沉積—變質(zhì)礦床”。①沉積階段：瓷土礦主要見于下石盒子組地層中。另于山西組及上石盒子組中亦有發(fā)現(xiàn)。礦體呈層狀，似層狀，產(chǎn)狀與圍巖一致，多見于泥質(zhì)巖發(fā)育的層位中，沉積構(gòu)造明顯，有的含有植物化石。其原巖為鋁土質(zhì)泥巖或高嶺石粘土礦。在氧化環(huán)境中，沉積介質(zhì)為中偏堿性，鋁土質(zhì)泥巖成份以伊利石為主，可能有蒙脫石。鐵為高價狀態(tài)，呈分散狀或鮞狀沉積于鋁土巖中，使巖石帶有紅色。②變質(zhì)階段：鋁土質(zhì)泥巖沉積之后、在成巖過程中，粘土礦物因溫度及壓力改變產(chǎn)生脫水，有變質(zhì)現(xiàn)象。重要的是燕山期巖漿侵入，發(fā)生熱力變質(zhì)作用；煤層由煙煤變?yōu)闊o煙煤；泥巖變?yōu)檎嘲鍘r、角巖；砂巖發(fā)生重結(jié)晶。鋁土質(zhì)泥巖中粘土礦物伊利石重結(jié)晶，隨著溫度增高，有的向絹云母轉(zhuǎn)化。另一方面在變質(zhì)過程中，由于地下熱水活動，SiO2有淋失現(xiàn)象，Al2 O3增高，部分氧化鐵為低價鐵隨水淋失，這些對瓷土礦起到退色“凈化”作用，特別在巖體附近，退色“凈化”作用強烈，鋁土質(zhì)泥巖成為優(yōu)質(zhì)瓷土礦，沒有熱力變質(zhì)或熱變質(zhì)作用弱的地段瓷土礦質(zhì)量差，或仍為鋁土質(zhì)泥巖。巖漿巖后期熱液蝕變作用主要為鈉長石化。次為黃鐵礦化、蝕變作用強烈時，對瓷土礦質(zhì)量有一定影響。沉積一變質(zhì)形成的，以伊利石為主的瓷土礦，是陸相沉積的鋁土質(zhì)泥巖，經(jīng)熱力變質(zhì)形成的層狀、似層狀瓷土礦，礦石質(zhì)量好，利用價值高。

總之，瓷土礦是在內(nèi)陸河間湖泊環(huán)境下、水動力條件較弱、中—酸性介質(zhì)條件下形成的沉積礦床，巖漿巖變質(zhì)使大部鐵質(zhì)流失，“凈化”了礦石，提高了礦石品位。兩種成礦條件缺一不可，也是本區(qū)瓷土礦分布有局限性的主要原因。

3 出水點分析

根據(jù)2602運料巷出水點的水質(zhì)化驗數(shù)據(jù)分析，含有大量的三價鐵離子。對于地下水的地質(zhì)作用，除了機械搬運，主要以化學(xué)方式進(jìn)行搬運，包括真溶液和膠體溶液兩種形式。對于瓷土礦中所含的鐵及其化合物，可以發(fā)生以下反應(yīng)：①Fe2O3：Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O；②Fe2S：在空氣中有微量水分存在下，硫化亞鐵逐漸氧化成四氧化三鐵和硫，化學(xué)方程式如下：3FeS+2O2=3S+Fe3O4，另一方面在常溫下四氧化三鐵與稀鹽酸、稀硫酸反應(yīng)比較慢，溶解四氧化三鐵還會消耗較多的氫離子，使氫離子濃度下降，發(fā)生反應(yīng)的化學(xué)方程式Fe（FeO2）2+8H+=Fe2++2Fe3++4H2O。這也是水質(zhì)呈弱堿性的一方面原因。此外，此采區(qū)底部有火成巖侵入影響，對鐵的化學(xué)作用有一定的催化作用，可以進(jìn)一步說明此出水點應(yīng)該是流經(jīng)此層瓷土礦后由于地下水的地質(zhì)作用，帶來一定的鐵離子。

綜述如上，此出水點位置應(yīng)為2#煤上部80m處中粒砂巖含水層，通過斷層導(dǎo)水進(jìn)入2602運料巷。

4 結(jié)論

通過礦井生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)的某一或多個突水點的分析，結(jié)合相關(guān)已知的地質(zhì)水文資料，可以進(jìn)一步明確開采煤層在這一區(qū)域內(nèi)的水文地質(zhì)條件，從而指導(dǎo)礦井的防治水工作，把防治水工作做精做細(xì)，確保礦井的安全生產(chǎn)。故此，我認(rèn)為在工作中要認(rèn)真做好以下幾點：

①對照地面探勘資料，切實了解并熟悉當(dāng)前井下生產(chǎn)區(qū)域內(nèi)的水文條件，列出防治水工作中的重點和難點； ②根據(jù)井下生產(chǎn)中頂板水的實際出水情況，完善并總結(jié)出該區(qū)域水文特征；③在遇頂板出水時，要及時分析水質(zhì)，確定出水大概位置，為防排水工作提供可靠的依據(jù)。

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