淮南矿区地质异常体如何发核心期刊

 

　　关键词：淮南矿区  地质  异常体

 

　　0 引言

 

　　自1996年12月皖北矿业集团发生岩溶陷落柱突水淹井后，相续在两淮矿区发现了近30个岩溶陷落柱，其中淮南矿业集团于2002年后先后发现9个地质异常体：孔集矿1个，谢桥矿2个，张集矿1个，潘三矿实见1个，疑似3个，顾桥矿2个（尚有争议）；朱集矿的异常体尚未统计在内。

 

　　地质异常体主要通过三维地震解释发现，后多被定名为“疑似岩溶陷落柱”。其形态有带状和椭圆形两种，故亦称为“岩溶陷落带”和“岩溶陷落柱”。

 

　　1 张集井田

 

　　在西三采区发现一疑似岩溶陷落柱，其在8煤的平面形态为椭圆形，长轴近东西向，直径约264m；短轴近南北向，直径约185m。尚未验证和揭露。

 

　　2 谢桥井田

 

　　2002年，中国矿业大学对谢桥矿东二采区三维地震资料解释时发现有两个地质异常体，2004年通过钻探验证及井下揭露确定为岩溶陷落柱（带）。

 

　　2.1 1#岩溶陷落柱

 

　　位于补II线附近，其在8煤的平面形态为椭圆形，长轴近南北向，直径约252m；短轴近东西向，直径约180m。在此范围之内施工了补Ⅱ5孔，探测结果为：

 

　　2.1.1 孔深776.88m，基岩面深度387.00m，孔深470.75m见11-2煤，566.25m见8煤，610.90m见6煤，732.15m见1煤，755.35m见C31层灰岩，终孔层位为C33层灰岩顶板。

 

　　2.1.2 孔深446.00m冲洗液全漏。见C31层灰岩前孔内无水位，孔深760m揭露C31灰岩24小时后水位埋深560.00m，48小时后水位上升至485.00m。终孔测井前孔内灌水，水位基本稳定在485.00m，为潘谢新区C3-I组灰岩最深水位，分析为柱内C3-I组灰岩富水性微弱并向煤系砂岩排泄所致。

 

　　2.1.3 孔深387.00～758.10m范围内，岩层受力挤压现象明显，泥岩松软，砂岩呈短柱状或卵石状；随深度的增加，岩层的破碎。无序程度增强。

 

　　2.1.4 与间距256m的补Ⅱ2孔（位距陷落柱边界120m）比较，地层下陷14.25～38.15m；11-2煤底板之上地层下陷幅度较小，11-2煤底板之下地层下陷幅度增大。

 

　　2.2 2#岩溶陷落带

 

　　位于七-八线和新东翼上山之间，平面上为3个近椭圆体连成的串珠带状，延展方向为NW～SE，长约1530m，垂向上宽约30～140m，距东风井850～900m左右。

 

　　2.2.1 钻孔探测成果 2004年11月至2005年12月进行的探测工程施工了6个钻孔，其中：XLZ1#孔位于陷落带范围内，XLZ2#孔位于陷落带东南方向的延伸方向上，XLZ3#孔位距陷落带边缘330m左右，XLZ4#孔位于东风井西北方向的基岩古洼地，XLZ5#、6#孔位距东风井东北方向的基岩隆起处。

 

　　①位于陷落带范围内的XLZ1#孔，基岩面深度403.50m，孔深469.17m冲洗液全漏，孔内无水位；岩层破碎，塌孔严重，处理57天无效而在孔深520.30m即8煤底板终孔。漏水但孔无水位，表明该段透水而无补给水源。

 

　　②XLZ3#孔孔深821.87m进行C3-I组灰岩抽水试验，深井潜水泵抽水至128.35m后无水，撤泵后实测水深131.76m仍呈微降趋势。

 

　　③XLZ3#孔声波测试计算的平均抗压强度：孔深438.20～757.90m以及876.35～1197.55m段，岩石为6.296～90.051Mpa，煤层为3.18Mpa，整体强度高；757.90～876.35m段即1煤顶板至C310层灰岩底板，岩石为0.35～13.3Mpa，煤层为0.35～0.70Mpa,异常偏低。

 

　　④XLZ2#孔太原组层位正常，但自C310层灰岩起，至1200.88m在寒灰中终孔，高角度裂隙发育。XLZ3#孔自C34层灰岩起，至1200.50m在寒灰中终孔，高角度裂隙发育。XLZ4#、5#、6#孔自基岩面起至在寒灰中终孔，（孔深分别为1008.82，615.78，1119.62m）高角度裂隙发育。

 

　　⑤各孔奥灰、寒灰段，岩溶现象发育，富水性较强（详见第三、四节）。抽水试验停抽后5-10分钟水位就恢复并高于抽水前水位，然后略有下降并稳定，表明储存量丰富。

 

　　⑥位于露头方向、，距陷落带较远的XLZ4#、5#、6#孔孔深615.78-1119.92m，水温34-35℃；位于深部、距陷落柱较近的XLZ2#、3#孔孔深1200.50-1200.88m，水温44℃。

 

　　2.2.2 东风井-440m回风道第二次注浆堵水资料进一步表明，受2#岩溶陷落带影响：①1煤顶板砂岩高角度裂隙发育。②灰岩地层中，高角度裂隙发育，沿层面裂隙发育。岩溶现象，尤其是C3-II组灰岩岩溶现象发育。③C31至C39层灰岩具有统一含水体的水位特征。

 

　　2.2.3 巷探特征

 

　　13118工作面下顺槽贯穿该陷落带，实见下述特征：

 

　　①下顺槽标高-485～－515m，揭露的陷落带及影响带长度约230m，其中80m为全岩。具有整体塌陷和柱体内部岩层较破碎、但层序正常的特征。

 

　　②柱体东边界，煤岩层正常带、陷落带影响带、陷落带分界较明显。影响带范围内，煤层结构、煤岩层产状变化较大，巷道呈13°～17°下坡，煤层产状200°～220°/∠16～40°，煤厚1～3m，破碎呈粉末状或鳞片状。边界为3～4m宽的破碎带，岩体呈松散堆积状，且较潮湿。

 

　　柱体西边界分界特征不明显，但陷落带以西断层发育，顺槽揭露4条倾向断层，落差0.5～2m。

 

　　③柱体东段，岩体破碎，垂向裂隙发育，局部裂隙宽达0.5～0.6m，巷道右下方裂隙中温度高达35～38℃。

 

　　柱体西段发育有两组裂隙，一组为沿地层走向一致的垂向裂隙3～4条，一组沿层面方向，裂隙最宽达0.40m，裂隙面有层状方解石结晶层。

 

　　④柱体内沿地层走向一致的垂向裂隙联通性较好。巷道贯通前西头放炮，东头出炮烟，裂隙中明显感到有风流。

 

　　⑤柱体中巷道低洼，虽打钻及掘进施工用水量较大，但巷道无积水。表明该段柱体透水而不储水。

 

　　3 顾桥井田

 

　　位于陈桥背斜东翼与潘集背斜西部的衔接带，地层呈反“S”走向，总体构造形态为走向南北、向东倾斜的单斜构造，地层倾斜平缓，倾角5～15°。次级宽缓褶曲和断层构造较发育，主要分布在F92～F110和F81～F87两大构造异常区。

 

　　3.1 北部宽缓褶曲挤压区 位于井田北部F86～F81断层间。区内发育有小陈庄背斜、胡桥子向斜、后老庄背斜；主要断层有F81、F84、F85、F86断层组，断层组总体走向均为东西向，F81断层组总落差超过500m，为井田北部边界断层。本区构造具有由南向北的挤压性质。

 

　　全井田钻孔总数499个，漏水钻孔59个，漏水孔率11.80%。F81～F87断层间钻孔84个，漏水钻孔14个，漏水孔率16.67%，占全井田漏水孔数的23.73%。

 

　　3.2 南部“X”共轭剪切区 位于井田南部F92断层组～F110断层间。区内发育有桂集井田向斜等三个次级褶曲，由北西向和北东向两组断层构成“X”共轭交叉断裂带，地层走向南北，北西向剪切带内因次级褶曲和较多断层使地层产状变化强烈。

 

　　区内钻孔160个，漏水孔35个，漏水孔率21.88%，占全井田漏水孔数的59.32%。

 

　　目前对该构造异常区的认识尚无定论，存在着新构造及岩溶陷落带两种观点。据矿井揭露和观测资料：

 

　　3.2.1 顾北矿位于顾桥井田的浅部，该矿-648m水平井底车场距离F92断层60～500m，2006年11月开工，2007年5月完工。矿井付井筒及井底车场受构造影响显着。

 

　　①自2006年12月开始设点观测以来，主、付、风井筒，仅付井发生了显着变形，变形段主要在-628～660m之间。

 

　　②井底车场原设计为锚网支护，施工后因巷道压力大，变形严重，稳定性差，先后修改为锚网加锚索和架29 U型金属棚加注浆支护，目前主井以东的巷道基本进行了一次以上的巷修，有些地段已进行了3次翻修。付井马头门以东及付井北绕道巷道变形最大。据2007年7月份观测资料，付井马头门6天最大变形量6mm，变形速度1mm/d；据2007年9月份观测资料，井底车场巷道两帮及顶底板6天最大变形量36mm，变形速度6mm/d。

 

　　③对应地表顾北矿主、副井下沉情况：2007年11月9日，瓦斯地质部测量组按三等水准测量规范要求，对位于工广围墙外潘谢铁路路基上的近井点J2、J1和位于工广内主井西北侧的沉降观测基点J5等点进行了环线水准测量闭合差为1mm，J1、J2高差经检核符合起算数据要求，根据2005年11月J5点首次观测值24.976m与本次观测值24.902m计算J5点高程已下沉72mm。另外副井井高程是以J5点为基准，据此推算副井F3点（东北基础）也下降了72mm，同时根据2005年2月22日实测高程25.914m相对2007年11月6日实测高程25.858m，F3下沉56mm，累计下沉128mm，说明沿主、副井一线地表下沉明显，原因有待进一步分析。

 

　　另外2002年以来集团公司在新区新开凿22对井筒，唯独该矿主.副.风井发生3-4次出水(截止2008年12月)，是否与该异常构造带有关，需要进一步研究。

 

　　3.2.2 顾桥矿-780m水平南翼道打轨巷已施工约1000m，过F92断层约450m。巷道进入F92断层之前采用锚网喷支护，成巷一年多来，巷道稳定无水，基本无压力显现及掉块片邦现象。

 

　　巷道揭露F92断层以后，小构造裂隙异常发育，巷道岩性极其破碎，巷道顶板及两邦普遍有滴水及淋水现象，在局部裂隙发育部位产生出水并伴有瓦斯异常涌出现象，岩体受水浸后松软易碎，稳定性极差，迎头掉顶及片邦现象时有发生。

 

　　3.2.2.1 -780m南翼大巷揭露F92断层后，多次发生出水。

 

　　①-780m南翼轨道大巷2006年10月17日揭露F92-2断层时出水，最大水量12m3/h，稳定水量10m3/h，至11月22日后探查钻孔出水，原出水点水量减少，但出水总量基本不变。水质为HCO3-CL-K+Na型，水温约42℃。探查钻孔内瓦斯浓度达10%。

 

　　②-780m南翼回风大巷2006年11月施工了3个探查F92-2断层钻孔，各孔均发生出水，最大单孔初始水量约10m3/h，累计最大出水量达16m3/h，至2007年4月衰减为无明显出水点，表现为巷道潮湿。钻孔揭露断层出水时伴有大量瓦斯集中涌出现象，孔口瓦斯浓度最大达4%。

 

　　③-780m南翼轨道大巷过F92-2断层后约370m，2007年8月11日21时在巷道迎头左肩窝砂岩与煤线接触面出现淋水，同时迎头后方8m范围巷道左半部顶部也出现淋水，半小时后左肩窝出水点水量增大，最大水量20m3/h，水温约40℃，水色浑浊，且伴有一定压力的瓦斯集中涌出现象。断层全部揭露后，出水点不再出水，但顶板砂岩仍普遍淋水。

 

　　④2007年8月27日早班，-780m南翼轨道大巷掘进至S33+24.7m处时，据迎头1.2m的右腿窝及距迎头与右邦各1.5m处底板发现出水，出水呈间歇性向上涌出，并伴有瓦斯涌出，总水量5m3/h，水温40℃以上，水色浑浊，出水点处瓦斯浓度达4%；至2007年9月20日，水量衰减为0.3m3/h左右，目前仍可见到零星的瓦斯小气泡自巷道底板冒出。出水点层位正常，未发现构造。

 

　　3.2.2.2 巷道支护及压力显现

 

　　大巷揭露F92断层时对断层带前后各10m范围内围岩进行了予注浆加固，加固作用较为显着。F92断层带巷道目前无明显变形，巷道基本稳定；F92断层以北巷道一直稳定，无压力显现。F92断层带以南巷道局部压力大，有变形、片邦掉顶现象，其支护及变形情况为：

 

　　①自F92断层至S28点采用锚网喷加U型棚支护，棚距0.5m；S28点以南采用超前锚杆加U型棚支护，棚距0.5～0.6m，并采取迎头挂网护壁防片邦措施。巷道成巷最长时间7个月。

 

　　②自2007年6月29日以来，从S27-5.9m处向南，在巷道变形相对严重段进行了设点观测，每三天观测一次。2007年8月3日至9月24日共54天，在S30+11.3m处测得巷道两邦最大变形量达1.12m，变形速度达21.5mm/d；2007年7月16日至9月10日共56天，在S29+2.8m处测得巷道顶板最大变形量达0.34m，变形速度达6.07mm/d。

 

　　4 新集矿区

 

　　4.1 位于谢桥井田以西的口子东矿于2007年进行补充地质勘探时，发现3个平面形态不规则，似椭圆形的疑似岩溶陷落柱，尚未验证和揭露。

 

　　4.2 位于凤台县城以西的新集三矿，于2003年9月26日至11月8日施工了水14孔，该孔为奥陶系灰岩水文观测孔，孔口坐标X=3620720.10，Y=39467368.50，Z=22.00m，终孔深度391.00m，基岩面深度106.88m，其下为奥灰。该孔孔深169.75～241.61m见溶洞漏水，洞高71.86m，充填黄色泥岩，夹大量黄砂成份。终孔静止水位标高7.83m，2008年6月18日至10月22日实测水位埋深15.862～15.428m，有所波动回升。

 

　　急倾斜奥灰地层中发育有垂高71.86m的溶洞，为淮南煤田所罕见。该矿2002年7月10日至8月23日进行的C3-I组灰岩双孔联合放水试验，单孔涌水量最大分别为146.25和381.69m3/h，稳定涌水量分别为132和220m3/h，累计放水量1.02×105m3。2008年4月22日至5月19日进行的C3-I组多孔联合放水试验，实际放水6天，累计放水量超过6万方，水14孔水位降深16.124m，表明奥灰水补给太灰。

 

　　该矿灰岩富水性强，奥灰中见特大溶洞，是否与岩溶陷落柱有关尚在探讨研究中。