淺談淮南礦區地質異常體

論文類別:理學論文 > 地質學論文
論文作者: 魏樹林 謝同禮
上傳時間:2010/3/11 11:40:00

摘要:本文對淮南礦區地質異常體進行了分析闡述。
關鍵詞:淮南礦區 地質 異常體
    0 引言
    自1996年12月皖北礦業集團發生巖溶陷落柱突水淹井後,相續在兩淮礦區發現了近30個巖溶陷落柱,其中淮南礦業集團於2002年後先後發現9個地質異常體:孔集礦1個,謝橋礦2個,張集礦1個,潘三礦實見1個,疑似3個,顧橋礦2個(尚有爭議);朱集礦的異常體尚未統計在內。
    地質異常體主要通過三維地震解釋發現,後多被定名為“疑似巖溶陷落柱”。其形態有帶狀和橢圓形兩種,故亦稱為“巖溶陷落帶”和“巖溶陷落柱”。
    1 張集井田
    在西三采區發現一疑似巖溶陷落柱,其在8煤的平面形態為橢圓形,長軸近東西向,直徑約264m;短軸近南北向,直徑約185m。尚未驗證和揭露。
    2 謝橋井田
    2002年,中國礦業大學對謝橋礦東二采區三維地震資料解釋時發現有兩個地質異常體,2004年通過鉆探驗證及井下揭露確定為巖溶陷落柱(帶)。
    2.1 1#巖溶陷落柱
    位於補II線附近,其在8煤的平面形態為橢圓形,長軸近南北向,直徑約252m;短軸近東西向,直徑約180m。在此範圍之內施工了補Ⅱ5孔,探測結果為:
    2.1.1 孔深776.88m,基巖面深度387.00m,孔深470.75m見11-2煤,566.25m見8煤,610.90m見6煤,732.15m見1煤,755.35m見C31層灰巖,終孔層位為C33層灰巖頂板。
    2.1.2 孔深446.00m沖洗液全漏。見C31層灰巖前孔內無水位,孔深760m揭露C31灰巖24小時後水位埋深560.00m,48小時後水位上升至485.00m。終孔測井前孔內灌水,水位基本穩定在485.00m,為潘謝新區C3-I組灰巖最深水位,分析為柱內C3-I組灰巖富水性微弱並向煤系砂巖排泄所致。
    2.1.3 孔深387.00~758.10m範圍內,巖層受力擠壓現象明顯,泥巖松軟,砂巖呈短柱狀或卵石狀;隨深度的增加,巖層的破碎。無序程度增強。
    2.1.4 與間距256m的補Ⅱ2孔(位距陷落柱邊界120m)比較,地層下陷14.25~38.15m;11-2煤底板之上地層下陷幅度較小,11-2煤底板之下地層下陷幅度增大。
    2.2 2#巖溶陷落帶
    位於七-八線和新東翼上山之間,平面上為3個近橢圓體連成的串珠帶狀,延展方向為NW~SE,長約1530m,垂向上寬約30~140m,距東風井850~900m左右。
    2.2.1 鉆孔探測成果 2004年11月至2005年12月進行的探測工程施工了6個鉆孔,其中:XLZ1#孔位於陷落帶範圍內,XLZ2#孔位於陷落帶東南方向的延伸方向上,XLZ3#孔位距陷落帶邊緣330m左右,XLZ4#孔位於東風井西北方向的基巖古窪地,XLZ5#、6#孔位距東風井東北方向的基巖隆起處。
    ①位於陷落帶範圍內的XLZ1#孔,基巖面深度403.50m,孔深469.17m沖洗液全漏,孔內無水位;巖層破碎,塌孔嚴重,處理57天無效而在孔深520.30m即8煤底板終孔。漏水但孔無水位,表明該段透水而無補給水源。 免費論文下載中心 http://www.hi138.com
    ②XLZ3#孔孔深821.87m進行C3-I組灰巖抽水試驗,深井潛水泵抽水至128.35m後無水,撤泵後實測水深131.76m仍呈微降趨勢。
    ③XLZ3#孔聲波測試計算的平均抗壓強度:孔深438.20~757.90m以及876.35~1197.55m段,巖石為6.296~90.051Mpa,煤層為3.18Mpa,整體強度高;757.90~876.35m段即1煤頂板至C310層灰巖底板,巖石為0.35~13.3Mpa,煤層為0.35~0.70Mpa,異常偏低。
    ④XLZ2#孔太原組層位正常,但自C310層灰巖起,至1200.88m在寒灰中終孔,高角度裂隙發育。XLZ3#孔自C34層灰巖起,至1200.50m在寒灰中終孔,高角度裂隙發育。XLZ4#、5#、6#孔自基巖面起至在寒灰中終孔,(孔深分別為1008.82,615.78,1119.62m)高角度裂隙發育。
    ⑤各孔奧灰、寒灰段,巖溶現象發育,富水性較強(詳見第三、四節)。抽水試驗停抽後5-10分鐘水位就恢復並高於抽水前水位,然後略有下降並穩定,表明儲存量豐富。
    ⑥位於露頭方向、,距陷落帶較遠的XLZ4#、5#、6#孔孔深615.78-1119.92m,水溫34-35℃;位於深部、距陷落柱較近的XLZ2#、3#孔孔深1200.50-1200.88m,水溫44℃。
    2.2.2 東風井-440m回風道第二次註漿堵水資料進一步表明,受2#巖溶陷落帶影響:①1煤頂板砂巖高角度裂隙發育。②灰巖地層中,高角度裂隙發育,沿層面裂隙發育。巖溶現象,尤其是C3-II組灰巖巖溶現象發育。③C31至C39層灰巖具有統一含水體的水位特征。
    2.2.3 巷探特征
    13118工作面下順槽貫穿該陷落帶,實見下述特征:
    ①下順槽標高-485~-515m,揭露的陷落帶及影響帶長度約230m,其中80m為全巖。具有整體塌陷和柱體內部巖層較破碎、但層序正常的特征。
    ②柱體東邊界,煤巖層正常帶、陷落帶影響帶、陷落帶分界較明顯。影響帶範圍內,煤層結構、煤巖層產狀變化較大,巷道呈13°~17°下坡,煤層產狀200°~220°/∠16~40°,煤厚1~3m,破碎呈粉末狀或鱗片狀。邊界為3~4m寬的破碎帶,巖體呈松散堆積狀,且較潮濕。
    柱體西邊界分界特征不明顯,但陷落帶以西斷層發育,順槽揭露4條傾向斷層,落差0.5~2m。
    ③柱體東段,巖體破碎,垂向裂隙發育,局部裂隙寬達0.5~0.6m,巷道右下方裂隙中溫度高達35~38℃。
    柱體西段發育有兩組裂隙,一組為沿地層走向一致的垂向裂隙3~4條,一組沿層面方向,裂隙最寬達0.40m,裂隙面有層狀方解石結晶層。
    ④柱體內沿地層走向一致的垂向裂隙聯通性較好。巷道貫通前西頭放炮,東頭出炮煙,裂隙中明顯感到有風流。
    ⑤柱體中巷道低窪,雖打鉆及掘進施工用水量較大,但巷道無積水。表明該段柱體透水而不儲水。
    3 顧橋井田
    位於陳橋背斜東翼與潘集背斜西部的銜接帶,地層呈反“S”走向,總體構造形態為走向南北、向東傾斜的單斜構造,地層傾斜平緩,傾角5~15°。次級寬緩褶曲和斷層構造較發育,主要分布在F92~F110和F81~F87兩大構造異常區。 免費論文下載中心 http://www.hi138.com
    3.1 北部寬緩褶曲擠壓區 位於井田北部F86~F81斷層間。區內發育有小陳莊背斜、胡橋子向斜、後老莊背斜;主要斷層有F81、F84、F85、F86斷層組,斷層組總體走向均為東西向,F81斷層組總落差超過500m,為井田北部邊界斷層。本區構造具有由南向北的擠壓性質。
    全井田鉆孔總數499個,漏水鉆孔59個,漏水孔率11.80%。F81~F87斷層間鉆孔84個,漏水鉆孔14個,漏水孔率16.67%,占全井田漏水孔數的23.73%。
    3.2 南部“X”共軛剪切區 位於井田南部F92斷層組~F110斷層間。區內發育有桂集井田向斜等三個次級褶曲,由北西向和北東向兩組斷層構成“X”共軛交叉斷裂帶,地層走向南北,北西向剪切帶內因次級褶曲和較多斷層使地層產狀變化強烈。
    區內鉆孔160個,漏水孔35個,漏水孔率21.88%,占全井田漏水孔數的59.32%。
    目前對該構造異常區的認識尚無定論,存在著新構造及巖溶陷落帶兩種觀點。據礦井揭露和觀測資料:
    3.2.1 顧北礦位於顧橋井田的淺部,該礦-648m水平井底車場距離F92斷層60~500m,2006年11月開工,2007年5月完工。礦井付井筒及井底車場受構造影響顯著。
    ①自2006年12月開始設點觀測以來,主、付、風井筒,僅付井發生了顯著變形,變形段主要在-628~660m之間。
    ②井底車場原設計為錨網支護,施工後因巷道壓力大,變形嚴重,穩定性差,先後修改為錨網加錨索和架29 U型金屬棚加註漿支護,目前主井以東的巷道基本進行了一次以上的巷修,有些地段已進行了3次翻修。付井馬頭門以東及付井北繞道巷道變形最大。據2007年7月份觀測資料,付井馬頭門6天最大變形量6mm,變形速度1mm/d;據2007年9月份觀測資料,井底車場巷道兩幫及頂底板6天最大變形量36mm,變形速度6mm/d。
    ③對應地表顧北礦主、副井下沈情況:2007年11月9日,瓦斯地質部測量組按三等水準測量規範要求,對位於工廣圍墻外潘謝鐵路路基上的近井點J2、J1和位於工廣內主井西北側的沈降觀測基點J5等點進行了環線水準測量閉合差為1mm,J1、J2高差經檢核符合起算數據要求,根據2005年11月J5點首次觀測值24.976m與本次觀測值24.902m計算J5點高程已下沈72mm。另外副井井高程是以J5點為基準,據此推算副井F3點(東北基礎)也下降了72mm,同時根據2005年2月22日實測高程25.914m相對2007年11月6日實測高程25.858m,F3下沈56mm,累計下沈128mm,說明沿主、副井一線地表下沈明顯,原因有待進一步分析。
    另外2002年以來集團公司在新區新開鑿22對井筒,唯獨該礦主.副.風井發生3-4次出水(截止2008年12月),是否與該異常構造帶有關,需要進一步研究。
    3.2.2 顧橋礦-780m水平南翼道打軌巷已施工約1000m,過F92斷層約450m。巷道進入F92斷層之前采用錨網噴支護,成巷一年多來,巷道穩定無水,基本無壓力顯現及掉塊片邦現象。
    巷道揭露F92斷層以後,小構造裂隙異常發育,巷道巖性極其破碎,巷道頂板及兩邦普遍有滴水及淋水現象,在局部裂隙發育部位產生出水並伴有瓦斯異常湧出現象,巖體受水浸後松軟易碎,穩定性極差,迎頭掉頂及片邦現象時有發生。 免費論文下載中心 http://www.hi138.com
    3.2.2.1 -780m南翼大巷揭露F92斷層後,多次發生出水。
    ①-780m南翼軌道大巷2006年10月17日揭露F92-2斷層時出水,最大水量12m3/h,穩定水量10m3/h,至11月22日後探查鉆孔出水,原出水點水量減少,但出水總量基本不變。水質為HCO3-CL-K+Na型,水溫約42℃。探查鉆孔內瓦斯濃度達10%。
    ②-780m南翼回風大巷2006年11月施工了3個探查F92-2斷層鉆孔,各孔均發生出水,最大單孔初始水量約10m3/h,累計最大出水量達16m3/h,至2007年4月衰減為無明顯出水點,表現為巷道潮濕。鉆孔揭露斷層出水時伴有大量瓦斯集中湧出現象,孔口瓦斯濃度最大達4%。
    ③-780m南翼軌道大巷過F92-2斷層後約370m,2007年8月11日21時在巷道迎頭左肩窩砂巖與煤線接觸面出現淋水,同時迎頭後方8m範圍巷道左半部頂部也出現淋水,半小時後左肩窩出水點水量增大,最大水量20m3/h,水溫約40℃,水色渾濁,且伴有一定壓力的瓦斯集中湧出現象。斷層全部揭露後,出水點不再出水,但頂板砂巖仍普遍淋水。
    ④2007年8月27日早班,-780m南翼軌道大巷掘進至S33+24.7m處時,據迎頭1.2m的右腿窩及距迎頭與右邦各1.5m處底板發現出水,出水呈間歇性向上湧出,並伴有瓦斯湧出,總水量5m3/h,水溫40℃以上,水色渾濁,出水點處瓦斯濃度達4%;至2007年9月20日,水量衰減為0.3m3/h左右,目前仍可見到零星的瓦斯小氣泡自巷道底板冒出。出水點層位正常,未發現構造。
    3.2.2.2 巷道支護及壓力顯現
    大巷揭露F92斷層時對斷層帶前後各10m範圍內圍巖進行了予註漿加固,加固作用較為顯著。F92斷層帶巷道目前無明顯變形,巷道基本穩定;F92斷層以北巷道一直穩定,無壓力顯現。F92斷層帶以南巷道局部壓力大,有變形、片邦掉頂現象,其支護及變形情況為:
    ①自F92斷層至S28點采用錨網噴加U型棚支護,棚距0.5m;S28點以南采用超前錨桿加U型棚支護,棚距0.5~0.6m,並采取迎頭掛網護壁防片邦措施。巷道成巷最長時間7個月。
    ②自2007年6月29日以來,從S27-5.9m處向南,在巷道變形相對嚴重段進行了設點觀測,每三天觀測一次。2007年8月3日至9月24日共54天,在S30+11.3m處測得巷道兩邦最大變形量達1.12m,變形速度達21.5mm/d;2007年7月16日至9月10日共56天,在S29+2.8m處測得巷道頂板最大變形量達0.34m,變形速度達6.07mm/d。
    4 新集礦區
    4.1 位於謝橋井田以西的口子東礦於2007年進行補充地質勘探時,發現3個平面形態不規則,似橢圓形的疑似巖溶陷落柱,尚未驗證和揭露。
    4.2 位於鳳臺縣城以西的新集三礦,於2003年9月26日至11月8日施工了水14孔,該孔為奧陶系灰巖水文觀測孔,孔口坐標X=3620720.10,Y=39467368.50,Z=22.00m,終孔深度391.00m,基巖面深度106.88m,其下為奧灰。該孔孔深169.75~241.61m見溶洞漏水,洞高71.86m,充填黃色泥巖,夾大量黃砂成份。終孔靜止水位標高7.83m,2008年6月18日至10月22日實測水位埋深15.862~15.428m,有所波動回升。
    急傾斜奧灰地層中發育有垂高71.86m的溶洞,為淮南煤田所罕見。該礦2002年7月10日至8月23日進行的C3-I組灰巖雙孔聯合放水試驗,單孔湧水量最大分別為146.25和381.69m3/h,穩定湧水量分別為132和220m3/h,累計放水量1.02×105m3。2008年4月22日至5月19日進行的C3-I組多孔聯合放水試驗,實際放水6天,累計放水量超過6萬方,水14孔水位降深16.124m,表明奧灰水補給太灰。 免費論文下載中心 http://www.hi138.com
    該礦灰巖富水性強,奧灰中見特大溶洞,是否與巖溶陷落柱有關尚在探討研究中。 免費論文下載中心 http://www.hi138.com
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