重庆茶园煤矿扩能技改斜井岩溶发育情况分析.pdf

第 2 6 卷7 期 2 0 1 4年 7月 中国煤炭地质 C0AL GE0L0GY oF CHI NA Vo 1 2 6 No 0 7 J u 1 2 0 1 4 d o i ： 1 0 3 9 6 9 6 i s s n 1 6 7 4 1 8 0 3 2 0 1 4 0 7 1 3 文章编号： 1 6 7 4 1 8 0 3 ( 2 0 1 4 ) 0 7 0 0 5 6 0 3 重庆茶园煤矿扩能技改斜井岩溶发育情况分析 张 晓芳 ( 重庆永荣矿业有限公司， 重庆 荣昌 4 0 2 4 6 5 ) 摘 要： 茶园煤矿为水文地质复杂型矿井， 开采二叠系吴家坪组近底部K 煤层。矿井充水水源主要为大气降水， 补 给途径为岩溶裂隙与暗河。该技改扩能明斜井将穿过二叠系嘉陵江组( T 大冶组( T 。d ) 和长兴组( P C ) 三个岩溶 裂隙含水层。从已有采掘工程、 矿区地形地貌、 物探结果 、 接触面岩溶发育情况等方面对这三个含水层进行了分析 对比， 得出了该矿扩能技改斜井井筒在开凿期问遇暗河岩溶水的可能性很小， 但可能会遇到岩溶裂隙水的结论。 并制定相应的防治水措施。实际揭露情况表明， 该斜井掘进期间， 井筒实际涌水量为1 5 m3 h 以内， 与分析结果基本 吻合。证明其分析方法正确 ， 结论可靠， 对煤矿水害的防治具有指导意义。 关键词： 水文地质特征； 岩溶水 ； 井简掘进； 充水分析； 探放水； 茶园煤矿 中图分类号 ： P 6 4 1 1 3 4 ； T D 7 4 5 2 文献标识码 ： A Ca pac i t y Ex pan s i on Re v a m pi ng I nc l i ne Ka r s t De v e l o pm e nt Si t ua t i o n Ana l y s i s i n Ch ay ua n Co a l m i n e ，Cho ng qi ng Zh a n g Xi a o f a n g ( C h o n g q i n g Y o n g r o n g Mi n i n g I n d u s t r y C o L t d ， R o n g c h a n g ， C h o n g q i n g 4 0 2 4 6 5 ) Ab s t r a c t ： H y d r o g e o l o g i c a l c o n d i t i o n i s c o mp l e x i n t h e C h a y u a n c o a l mi n e ； m i n i n g t a r g e t i s c o a l Kl n e a r b o t t o m o f P e r m i a n Wu j i a p i n g F o r ma t i o n Ma i n c o a l mi n e wa t e r fi l l i n g s o u r c e i s a t mo s p h e r i c p r e c i p i t a t i o n ，r e c h a r g i n g c h a n n e l s h a v e k a r s t f i s s u r e s a n d s u n k e n s t r e a ms T h e c a p a c i t y e x p a n s i o n r e v a m p i n g o p e n i n c l i n e c u t s t h r o u g h P e r mi a n J i a l i n g j i a n g F o r m a t i o n( T l ， D a y e F o r ma t i o n( T l d ) a n d C h a n g x i n g F o r ma t i o n( P 2 c ) k a r s t f i s s u r e a q u i f e r s F r o m a s p e c t s o f e x i s t i n g e x c a v a t i o n e n g i n e e r i n g ， mi n e a r e a r e l i e f a n d t o p o g r a p h y ， g e o p h y s i c a l p r o s p e c t i n g d a t a ， c o n t a c t z o n e k a r s t d e v e l o p me n t s i t u a t i o n e t c c a r r i e d o u t c o n t r a s t i n g a n a l y s i s f o r t h e s e t h r e e a q u i f e r s ， f o u n d o u t t h e i n t e r s e c t i n g p o s s i b i l i t y o f s u n k e n s t r e a m k a r s t w a t e r i s v e r y s ma l l d u r i n g t h e i n c l i n e e x c a v a t i n g ， b u t ma y e n c o u n t e r k a r s t fi s s u r e wa t e r Co r r e s p o n d i n g w a t e r c o n t r o l me a s u r e s h a v e b e e n d r a wn u p Ac t u a l r e v e a l e d s t a t u s h a s s h o wn ， d u r i n g t h e i n c l i n e e x c a v a t i o n ， a c t u a l s h a f t wa t e r i n fl o w i s wi t h i n 1 5 m3 h ， b a s i c a l l y t a l l y wi t h a n a l y t i c a l r e s u l t s T h u s p r o v e d t h e a n a l y t i c me t h o d i s c o r r e c t ， c o n c l u s i o n r e l i a b l e ， h a s g u i d i n g s i g n i fi c a n c e i n c o a l mi n e w a t e r h a z a r d c o n t r o 1 Ke y wo r d s ： h y d r o g e o l o g i c a l c h a r a c t e r i s t i c s ； k a r s t w a t e r ； s h a f t e x c a v a t i o n ； w a t e r fi l l i n g a n a l y s i s ； wa t e r p r o s p e c t i n g a n d d r a i n a g e ； Ch a y u a n c o a l mj n 0 引言 茶园煤矿行政区划属于重庆市石柱土家族 自治 县万朝 乡茶园村 。走 向长 6 9 k in， 倾斜长 0 2 7 k in， 面 积 1 8 9 1 k l n ， 开采二叠 系上统吴家坪组近底部的 K 煤层 ， 煤层厚度 0 8 0 m。 茶园煤矿 1 2 4 5 万 t a 扩能技改工程明斜井井 口 北距龙洞煤 矿+ 4 6 5 m平硐 1 4 0 0 m， 南距茶 园煤矿+ 5 2 0 m主平硐 9 0 0 m， 设计斜长为 1 2 7 0 m， 坡度 1 6 。 。 斜井井口位于嘉陵江组中， 标高为+ 5 1 5 m ， 井筒穿过 j叠系下统嘉陵江组、 大冶组和二叠系上统长兴组 = 三 个含水层后 ， 在吴家坪组+ 2 0 0 m标高处落平。施 作者简介： 张晓芳( 1 9 8 4 一) ， 黑龙江佳木斯人， 女， 助理地质l 程师 从事地质技术作。 收稿日期： 2 0 1 4 0 3 2 6 责任编辑： 樊小舟 工过程中井筒是 否遇暗河 ， 是决定本次技改扩能成 功与否的关键 ， 因此， 对该斜井井筒围岩岩溶发育程 度的研究尤为重要 。 1 井 田地质 1 1 构造 矿区位于方斗山背斜中段的轴部及东、 西两翼 ( 图 1 ) 。方斗山背斜为狭长紧闭的不对称背斜 ， 南 东翼地表倾角4 0 。 6 0 。 ， 北西翼7 0 。 8 0 。 ， 局部直 立 ， 为区内主要的褶皱 ， 它控制着 区内地层及含煤地 层 。煤层分布于背斜两翼和 因断层造成 的背斜核 部 。 本区断层较发育 ， 断层线与背斜轴部方 向基本 一 致 ， 呈南北向平行分布 ， 断层倾角一般大于 6 0 。 ， 区内共发现两条大的断层 ， 分别为 F 、 F 断层。F 、 F 断层将吴家坪组底部 K 煤层切割为三大块 ， 为破 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 7 期 张晓芳： 重庆茶园煤矿扩能技改斜井岩溶发育情况分析 5 7 图1茶园煤矿构造纲要图 矿构造。 1 2地层 矿 区内出露地层 由老新 为 ： 二叠 系中统的茅 口 组 ( P m) 、 上统吴家坪组( P W) 、 长兴组 ( P ， C ) ， 三叠系 下统的大冶组( T d ) 、 嘉陵江组( T 1 ) 。煤层赋存于二 叠系上统吴家坪组近底部 ， 平行不整合于二叠系下 统茅 口组之上。 1 3主要含( 隔) 水层 三叠系下统 的嘉 陵江组 、 大冶组 、 长兴组和茅 口 组为矿井 的主要 含水层 ， 吴家坪 组为相对隔水层 。 矿井 的侵蚀基准标高一般为+ 4 5 0 m。 1 3 1 嘉陵江组 由灰岩 、 角砾状灰岩组成 ， 岩层裸露 ， 面积分布 广。全层中查出的泉井 1 2 4 个 ， 多为喀斯特下降泉， 流 量 大 。 其 中 龙 灯 坝 4 0号 泉 ， 流 量 为 1 7 9 7 2 1 0 7 5 L s ； 桃花洞 7 0 泉 ， 流量 为 1 0 6 93 4 9 6 0 L s ； 跳角石 1 8 7 号泉 ， 流量为 1 2 8 6 2 0 0 0 3 L s 但这些泉 的流量 随季节 而变化 。水质类型多 为重碳 酸一 钙 型 。 本层虽为强含水层 ， 但远离煤层 ， 故对今后煤层 开采影响不大， 仅对明斜井的掘进有充水影响。 1 3 2大 冶 组 在矿区分为三部分 。上部为紫红色泥岩 ， 厚 l 0 5 02 4 8 0 m， 为隔水层 。 中部为浅灰色一 灰 色厚层 状灰岩 ， 泉井 出露较 多。流量随高程、 季节而变化， 由南向北的泉井赋存 情 况 分 别 为 ： 5 5号 泉 ， 出露 标 高 +1 0 0 4 m， 流 量 0 0 2 45 4 0 3 L s ， 变化 幅度 为 2 2 5 倍 ； 6 1 号泉 ， 出露 标 高+ 8 9 5 m， 流量 0 7 41 7 1 1 L s ， 变化 幅度 为 2 4 7 倍 ； 坑 2 l号 泉 ， 出露 标 高 + 6 1 5 1 2 m， 流 量 3 1 9 3 9 1 s 。 变化 幅度为 1 2 2 倍 。东翼出露地表标高一 般 为+ 1 2 0 0 m， 西翼 为+ 9 0 0 m， 因东翼地势平缓 ， 溶斗 发育 ； 西翼岩层陡峻 ， 溶斗则不发育。单位涌水量为 0 1 0 2 L (s m ) ， 富水性中等。水质类型多为重碳酸 一 钙型。 下部为深灰 色钙质页岩 ， 厚 2 0 0 m。总厚度 为 3 2 0 m， 亦为隔水层。 本层 中部虽然富水性 中等 ， 但远离煤层 ， 故对今 后煤层开采影 响不大 ， 仅对 明斜井 的掘进有充水影 响。水质类型多为重碳酸盐一钙型。 1 3 3 长 兴 组 为区内主要含水层， 可分为j层， 其中： 第一层为含水弱的溶隙含水层 。该层为厚层灰 岩夹薄层页岩 ， 出露标高+ 7 0 0一+ 1 5 0 0 m， 泉井出露 少， 流量小， 矿井下偶见溶蚀裂隙。其底界距开采煤 层平均为3 5 8 3 m。经计算， 煤层开采后导水冒落带 和裂隙影响带高度为 l 5 0 m， 保护层厚度取经验值 1 9 m， 合计为3 4 0 m， 因此， 采动影响高度未达到长兴 组 ， 对矿井开采 的充水影 响不大。 第二层为含水中等的溶隙含水层。该层为厚层 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 58 中 国 煤 炭地 质 第2 6 卷 灰岩 ， 质纯 ， 地形坡度陡 ， 岩层倾角大 ， 地表岩溶不发 育 ， 泉井少见， 但在钻孔 、 坑道 、 矿井中可见较多的溶 蚀裂隙、 溶洞发育于此层或此层与第三层的交界处 ， 钻孑 L 中表现为岩心采取率低 。据取心钻孔 2 、 3 、 9 、 2 6 号等孔统计 ， 最高为 7 2 ， 最低为 1 8 3 ， 平均为 4 8 ； 下部裂隙则逐渐减弱。在 1 9 6 8 年掘进+ 5 2 0 m 水平平硐时在距硐 口8 5 0 m处揭穿溶洞 ， 当时涌水量 达 1 2 0 0 m h ， 并伴有少量泥沙 ， 所处地层岩性为长 兴组灰岩中段 ， 平硐无法续护 ， 被迫改道 2 次 。本层 泉井出露少， 流量也较小， 其变化与高程、 降雨量密 切 ， 如9 0 号泉出露标高9 6 0 m， 流量 0 0 1 26 2 8 9 L s ， 雨季与枯季流量变化倍数为5 7 2 倍。 第三层为燧石灰岩夹极薄层页岩 。据前人资 料 ， 此层静储量大， 动储量小 ， 透水性很强 ， 但含水性 弱 。 1 3 4吴家坪组 平行不整合于二叠系中统的茅 口组之上 ， 主要 由燧石灰岩 、 钙质页岩 、 铝土质页岩及煤层组成 ， 厚 度 3 6 4 46 2 9 9 m， 平均 为 4 8 6 8 m， 为 相对 隔水 层 。 根据岩性的变化 由老至新将其分为以下七层 ： 铝土质页岩。为煤层直接底板， 灰色、 深灰等 色。风化后常呈棕黄、 棕红等杂色。富含星散状 、 点 状 黄 铁矿 晶粒 及结 核 。偶含 植 物化 石痕 迹 。厚 1 6 72 4 7 m， 平均 1 8 7 m。 煤层。厚0 5 8 1 3 7 m ，平均0 7 9 m。 页岩。煤层顶板， 为黑、 灰黑及灰色。灰质 自 下而上有逐渐增多之势， 与上部灰岩分界不明显。 见有残缺不全的腕足类化石 。厚0 1 03 4 3 m ， 平均 1 4l m。 灰岩。灰色 中厚层状灰岩 ， 含少量泥质 ， 富含 动物化石碎片。厚 0 7 05 7 m， 平均2 4 3 m。 页岩。呈深灰及灰色 ， 含少量灰质及黄铁 矿。厚0 6 8 8 1 0 m ， 平均 3 6 1 m。 燧石灰岩。灰色、 灰白色厚层状及中厚层状 灰岩 ， 富含结核状及带状燧石 。厚 9 9 02 7 4 0 m， 平 均 2 2 2 5 m。含胁形 贝 、 焦叶贝 、 长身贝等化石 。溶 隙不发育 ， 渗透系数为 0 0 0 5 2 m d 。 钙质页岩。灰色、 深灰色钙质页岩。钙质含 量上部与下部较中部丰富， 与上覆岩层分界不明 显。厚8 0 5 3 5 m ， 平均 1 6 3 2 m 。 1 3 5茅口组 厚层灰岩 ， 质纯 ， 出露标高+ 9 0 0 + 1 3 0 0 m， 分 布于背斜轴部， 居于中高山地带， 因构造所致为全层 出露， 其渗透系数为0 0 0 1 5 7 m d ， 为重碳酸一钙 。 镁 型水。矿区内地表未见漏斗等岩溶形态发育， 也无 岩溶泉点出露 ， 因其顶板距煤层为 0 4 53 5 m， 平均 为 1 6 0 m， 对矿床充水影响最大 ， 在坑道或矿井 中 ， 由于地下水的活动， 常有程度不同的溶蚀现象。 2 明斜井在灰岩掘进过程中的岩溶分析 2 1嘉陵江组 2 1 1从已有的采掘工程分析 茶 园煤矿+ 5 2 0 m水平主平硐和龙洞煤矿平硐穿 过嘉 陵江组灰岩对应 地面标高为+ 5 0 0+ 7 7 5 m， 最 大埋深 3 1 0 m， 实际揭露灰岩岩溶不发育 ， 未发现大 的岩溶水 ， 仅有岩溶裂隙水 。茶 园煤矿实测其涌水 量为 1 5 m h ， 龙洞煤矿为 1 2 m h 。此次扩能技改斜 井 位 于两 平 硐 之 间 ， 北 距 龙 洞 煤 矿 + 4 6 5 m平 硐 1 4 0 0 m， 南距茶园煤矿+ 5 2 0 m主平硐 9 0 0 m， 预计将 在嘉陵江组灰岩层位将掘进4 2 0 m， 井筒高程为+ 5 2 0+ 4 1 0 m， 对应 地表标高为 + 5 2 0+ 7 0 0 m， 最大 埋深 2 9 0 m( 图2 ) 。因此 ， 预测该斜井穿过嘉陵江组 灰岩层位过程中岩溶不发育 ， 遇暗河的可能性很小。 2 1 - 2从地形地貌分析 茶园煤矿+ 5 2 0 m主平硐和龙洞煤矿平硐 附近冲 沟发育 ， 有利于地表水的排泄 ， 不利于可溶灰岩溶 蚀 。扩能技改斜井 附近地形地貌与之相似 ， 因而井 筒穿过该层位时的岩溶不发育， 遇暗河的可能性小。 2 1 3从物探结果分析 在扩能技改斜井井 口位置分别 用 Y D 3 2 ( A) 高 分辨电法仪和 Y T R( D) 瑞利波两种物探仪器进行 了 探测 ， 探测结果为垂深在 6 0 m范围内无低阻异常区 ， 仅显示岩层潮湿 ， 无裂隙水 ， 即该斜井在标高+ 4 6 0 m 以上 ( 斜长2 6 0 m) 岩溶不发育， 无裂隙水。 综上所述 ， 扩能技改斜井井简所穿过的嘉陵江 组灰岩 ， 岩溶不发育 ， 遇暗河的可能性小 。 2 2大冶组 2 2 1从 已有的工程分析 茶园煤矿+ 5 2 0 m主平硐穿过大冶组灰岩时 ， 对 应地面标高+ 8 0 0+ 8 2 5 m， 埋深 2 9 03 1 5 m； 龙洞煤 矿 平 硐 地 面 标 高 为 + 9 5 0+1 2 2 0 m， 埋 深 4 8 5 7 5 5 m。两平硐所穿过的大冶组灰岩层位中 ， 岩溶不 发育 ， 未 出现大 的岩溶水 。茶园煤 矿在掘进 西翼 + 3 7 5 m和东翼+ 4 2 0 m大巷共4 9 0 0 m中未遇暗河。扩 能技改斜井穿过该层位 的井筒长度 3 9 5 m， 对应地面 标高+ 7 7 5 + 9 0 0 m， 井筒标高+ 4 1 5 + 3 4 0 m， 埋深 3 0 0 4 5 0 m。 因此预测该斜井在穿过大冶组灰岩层 位中时 ， 岩溶不发育 ， 遇暗河水的可能性小 ， 但 由于 该层位 的灰岩处于两 隔水层之间 ， 预计在施工过程 中有可能遇承压裂 隙水 。 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 7 期 张晓芳： 重庆茶园煤矿扩能技改斜井岩溶发育情况分析 5 9 每 程 m - 1 4 0 0 - 1 i 0 0 8 0 0 6 O O 一 5 0 0 3 0 0 2 0 0 1 O O 一 1 O O 图2茶园煤矿扩能技改斜井井筒预想剖面图 F i g u r e 2 P r e d i c t e d s e c t i o n o f Cha y ua n c o a l mi n e c a pa c i t y e x p a ns i o n r e v a mpi ng i n c l i n e s h a h 2 _ 2 2 从地形地貌分析 茶园煤矿+ 5 2 0 m主平硐和龙洞煤矿平硐附近 冲 沟发育 ， 有利于地表水的排泄， 不利于可溶灰岩的溶 蚀 。扩能技改斜井附近地形地貌与之相似 ， 因此预 测该斜井穿过 的大冶组灰岩层位中岩溶不发育 ， 遇 暗河的可能性小 。 2 2 3从勘探资料分析 根据 1 9 6 1 年 1 月 四J I 省地质局二 0 三地质 队提 交的 石柱 、 忠县方斗山煤田万槽矿区地质普查报告 暨龙登堡 、 莲花寺井 田详查勘探设计 和 2 0 1 1 年重 庆地质矿产研究院编制 茶园煤矿生产地质修编报 告 中了解到， 茶园煤矿扩能技改斜井位于背斜西 翼 ， 其岩层陡峻 ， 溶斗则不发育 。 2 3长兴 组 茶园煤矿+ 5 2 0 m主平硐在长兴组灰岩第二层揭 露 了一条 暗河 ， 龙 洞煤矿在+ 4 6 5 m平硐未遇 暗河 。 技改扩能斜井井 筒在该段 长兴组灰岩层位 中掘进 2 6 0 m， 井 筒标 高 + 3 1 0+ 2 7 5 m， 埋深 5 0 01 1 5 0 m， 位于侵蚀基准面以下 ， 应为深部缓流带 ， 发育暗河的 可能性极小。 2 4吴家坪组 本地层 由页岩 、 灰岩组成 ， 内含煤层 ， 中问夹灰 岩两层 ， 其 中， 主要的一层 为棕灰色厚层状燧石灰 岩 ， 厚 9 92 7 4 m， 含燧石结核 ， 溶隙不发育 ， 不具备 储水条件 ， 为溶隙弱含水层 ， 下距煤层 1 51 7 2 m， 平均 7 4 m， 上距长兴灰岩8 0 3 5 O m。页岩及煤层 为隔水层 。 3综合分析结果及防治水措施 3 1综 合分 析结 果 扩能技改斜井在嘉陵江组灰岩含水层遇岩溶 水的可能性小 ， 但会遇岩溶裂隙水 ， 涌水量一般在 2 O m h以下 ， 对井筒施工无大的影响。 扩能技改斜井下掘至第4 2 0 m附近时， 地层层 位 为嘉陵江组 大冶组交界处 ， 属含水层与隔水层的 接触面 ， 且所揭露岩层在地表大面积裸露 ， 预计有较 大溶 蚀 裂 隙 水 出 现 ， 涌 水 量 小 于 1 5 m h ， 水 压 为 1 MP a 左右 。 技改扩能斜井在大冶组灰岩含水层遇岩溶水 的可能性小 ， 但会遇承压裂隙水 。 在长兴组第二层或第二层与第三层的交界处 可见较多的溶蚀裂隙， 当明斜井掘进至 1 O 0 0 m附近 时 ， 井筒远低于矿井最低侵蚀基准面标高+ 4 5 0 m， 预 计有较大溶蚀裂隙水 出现 ， 涌水量小于 2 0 m h ， 水压 为3 MP a 左右 。 综上所述 ， 该矿最低侵蚀基准面标高为+ 4 5 0 m， 预测技改扩能斜井所所穿过 的各含水层时 ， 遇岩溶 水 的可能性很小 ， 但可能遇岩溶裂隙水 。 3 2防治水措施 3 2 1做好探掘工作 掘进前对各含水层进行物探 ， 物探异常区域 ， 采 用钻探查 明原 因， 并根据水压大小确定钻孑 L 超前钻 距和止水套管长度。钻探钻孑 L 布置形式在平面上为 扇形， 钻孔数 目为7 个 ， 其中： 中心眼 1 个， 外斜眼6 个 ( 顶眼2 个 ， 两帮各 1 个 ， 底板 眼2 个 ) 。 在嘉陵江组灰岩掘进中， 钻孔超前钻距为 1 5 m， 止水套管长 l o re； 在大冶组灰岩含水层中掘进， 钻孔 超前钻距 2 0 m， 止水套管长 1 5 m； 在 P 2c 长兴组灰岩 含水层中掘进， 钻孔超前钻距为2 5 m， 止水套管长 ， ) n 。 “ 。 ( 下转第6 8 页) 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m