鲍店井田第四系松散层对开采上限的影响
【类型】期刊
【作者】李运江，武宇亮，李华（兖州煤业股份有限公司鲍店煤矿）
【作者单位】兖州煤业股份有限公司鲍店煤矿
【刊名】煤矿现代化
【关键词】 第四系松散层；沉积特征；富水性；开采上限
【ISSN号】1009-0797
【页码】P59-61
【年份】2019
【期号】第2期
【摘要】本文通过研究兖州煤田及鲍店井田第四系沉积特征、第四系下组各含水层抽水资料及钻孔水位变化曲线,分析了第四系下组含水层的富水性及与开采活动间的相互影响,确定了提高开采上限的可行性。
【全文】 文献传递
鲍店井田第四系松散层对开采上限的影响
李运江，武宇亮，李 华
（兖州煤业股份有限公司鲍店煤矿，山东邹城273500）
摘 要 本文通过研究兖州煤田及鲍店井田第四系沉积特征、第四系下组各含水层抽水资料及钻孔水位变化曲线，分析了第四系下组含水层的富水性及与开采活动间的相互影响，确定了提高开采上限的可行性。
关键词 第四系松散层；沉积特征；富水性；开采上限
在鲍店井田的西部第四系松散层与煤系地层直接接触，成为矿井开采的直接充水水源[1]。研究第四系结构和富水性，确定充水机理及开采与含水层间的相互影响，对于矿井实现提高开采上限的安全生产具有重要意义。
1 鲍店井田第四系松散层结构研究
1.1 兖州煤田第四系松散层沉积特征
兖州煤田古地形呈东南高中部低西北偏高的趋势。第四系属洪积～冲积相沉积，厚度11.39～235.59m，平均155.12m，东南薄，向西厚度渐增，至煤田中部厚度最大，煤田西部厚度又逐渐减少。煤田中、西部第四系厚度一般在100～200m之间，煤田中部（兴隆庄、鲍店井田）泗河两侧厚度大于200m（即由北向南自单家村井田2-110、星村井田A-27、兴隆庄井田213号孔至鲍店井田D-9～D-40号孔一线）。沉积厚度与古地形呈现一致性，沉积形态如图1所示。
图1 兖州煤田第四系2线剖面图
第四系由棕黄色、灰绿色、灰白色粘土、砂质粘土、粘土质砂（砂砾）及砂、砂砾层组成。根据其岩性、颜色、富水性等可划分为上、中、下三组。第四系上组全区发育，中组基本全区发育（仅煤田东南角缺失），下组在煤田东部和南部缺失。在厚度大于110m的区域内，上、中、下三组发育，且随着第四系厚度的增加，下组厚度随之增大，砂层与粘土层的层数也随之增多。鲍店井田处于这一区域。
1.2 鲍店井田第四系含隔水性特征
第四系上组含水层组，厚度厚11.19～69.10m，平均53.97m。由棕黄色粘土、砂质粘土及松散的长石、石英砂、砂砾层组成，上组含水层直接接受大气降水和地表水的入渗补给，补给条件良好。砂层透水性好，富水性强。
第四系中组隔水层，厚度50.42～84.63m，平均厚度66.69m，由灰绿色、少量棕黄色粘土、砂质粘土、粘土质砂砾相间成层组成。粘土类占中组厚度的65%，较稳定的粘土层有5～6层，厚度28.89～66.55m，平均47.73m。粘土塑性指数18.5～22.9，平均20.1。因此，本组隔水性能良好，能有效地阻隔第四系上组水下渗补给下组含水层。
第四系下组含水层，下组厚度0～95.06m，平均48.87m。该含水层为煤层开采的主要间接充水含水层，但在煤田北部、西部的浅部区开采时，也可能成为直接充水含水层，并可能形成水害。
2 第四系下组沉积特征及对开采上限影响的分析
2.1 第四系下组的沉积特征
通过对鲍店矿及相邻井田钻孔资料分析，按照第四系下组中岩性、含(隔)水性、测井曲线特征、分层厚度进行划分，将下组划分为上、下两段，下组上段上部以含水层为主，划分为下组1含（Q下1含），下部以隔水层为主，划分为下组1隔（Q下1隔）；下段以含水层为主，中夹粘土透镜体或粘土呈稳定的条带状分布，所以下段为一个复合含水层（组）。其含（隔）水层自上而下依次为下组第2含水层（Q下2含）、下组第2隔水层（Q下2隔）、下组第3含水层（Q下3含）、下组第3隔水层（Q下3隔）。第四系下组含（隔）水层（段）划分见图2。
Q下1含厚度2.20～20.60m，平均9.62m，Q下1隔厚度0.90～20.90m，平均7.24m，Q下2含厚度0～26.10m，平均8.69m，Q下2隔厚度0～11.30m，平均2.44m，Q下3含厚度0～23.60m，平均5.99m，Q下3隔厚度0～15.00m，平均2.07m。
图2 第四系下组含（隔）水层（段）沉积特征示意图
依据含隔水层的分布情况可将井田分为Ⅰ区、Ⅱ区和Ⅲ区，Ⅰ区仅发育Q下1含和Q下1隔；Ⅱ区发育Q下1含、Q下1隔、Q下2含，局部发育Q下2隔；Ⅲ区Q下1含、Q下2含、Q下3含均发育，局部发育Q下3隔，见第四系下组地层结构分区图（见图3）。
图3 井田西部第四系下组地层结构分区图
2.2 第四系下组富水性分析
第四系下组也是由含水层和隔水层组成，其中上部隔水层（Q下1隔）全区稳定赋存，局部隔水层的厚度亦较大，对第四系下组富水性评价造成较大影响。
根据第四系下组含水层划分结果，对区内第四系下组抽水试验钻孔含水层段进行分析，以真实反映下组各含水层的富水性，表1为区内第四系下组抽水试验钻孔含水层段及富水性分析结果。
表1 第四系下组各含水分层抽水试验资料统计表
层段 含水层段 孔号 含水层厚度（m）水位降深S（m）单位涌水量q（l/s.m）富水性等级施工时间（a）Q下Q下1含+ Q下2含+ Q下3含水-1 43.10 1.04 0.1966 中等 2004 Q下2含 2010-5 10.99 10 0.0942 弱 2010 Q下2含 O2-5 17.37 10 0.0563 弱 2007 Q下组下段Q下组下段中部Q下2含+ Q下3含对比1 11.22 10 0.1825 中等 2006 Q下-15 23.83 10 0.4594 中等 2000 Q下-17 10.22 10 0.1866 中等 2005 Q下组下段底部Q下3含Q下-21 4.60 10 0.0792 弱 2008 水-2 10.17 3.63 0.0130 微弱 2006 Q下-18 7.85 10 0.0785 弱 2005 2010-2 3.28 10 0.0412 微弱 2010 水-3 5.65 27.27 0.0001 极弱 2006 2010-1 5.30 51.78 0.00003 极弱 2010 5-1 6.56 10 0.0567 弱 2011 2012-1 2.60 48.97 0.00461 极弱 2012 2012-2 8.36 28.68 0.004827极弱 2012
从上表可以看出，区内第四系下组含水层单位涌水量差异较大，下组（1含+2含+3含）单位涌水量0.1966L/s·m，富水性中等。下组下段（2含+3含）单位涌水量0.19～0.46L/s·m，富水性中等。下组下段中部（2含）单位涌水量0.06～0.09L/s·m,富水性弱。下组下段下部（3含）单位涌水量0.0001～0.0792L/s·m,富水性弱。
2.3 第四系下组富水性与开采上限的相互影响分析
将第四系下组作为一个含水层看待，其富水性中等，根据《建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程》，只能留设防水煤柱。由于Q下1隔全区赋存，可有效阻止Q下1含水向下补给，其富水性与开采上限提高不发生直接关系。下组Q下2含、Q下3含富水性弱，由于Q下2隔的存在使得两含水层补给关系弱，从而使得开采上限提高仅与单一含水层发生关系，故由防水煤柱留设变为防砂煤柱留设成为可能[2]。
同时，从表1中可以看出，施工时间近的钻孔其富水性较早期施工的钻孔弱，这一点从第四系长观孔水位曲线也得到了印证。
图4 第四下组及下段历年水位变化曲线图
从积累的水文资料来看，第四系下组含水层组的水位标高己由建井前的+40m左右下降至2014年3月的-91.96m左右，水位下降幅度达到了130m。可见，经过多年来周边及本矿的回采，第四系下组及其下段含水层得到了很大程度的疏降，其富水性也大幅降低，甚至近于疏干，从而更加有利于开采上限的提高[3]。
鲍店煤矿在生产实践中，经过5304和5303-1工作面的成功试采已经由原80m防水煤岩柱提高到了31m防砂煤岩柱，为矿井远景储量增加了5000余万t，创造了可观的经济效益。
3 结论
（1）鲍店井田第四系沉积特征与兖州煤田的第四系沉积特征具有关联性，通过研究区域沉积特征确定了本井田的边界补给条件。
（2）过对鲍店井田第四系沉积特点的研究，确定了第四系及下组的富水性，从而为提高开采上限确定了方向。
（3）矿井回采对第四系存在疏降作用，在第四系地质结构有利的条件下，采用上行开采的方式布置采区，有利于开采上限的提高和解放防水煤柱储量。
参考文献：
[1]曹丁涛，刘于李.兖州煤田第四系下组含水层对矿井的充水性作用[J].煤田地质与勘探，1987（5）：31-33.
[2]国家煤炭工业局.建筑物、水体、铁路及主要井巷煤柱留设与压煤开采规程[M].北京:煤炭工业出版社，2000.
[3]刘延欣，李廷，孙守增.鲍店煤矿第四系下组底部含水层可疏性研究[J].山东煤炭科技，2013（2）：117-118.
李运江（1972-），男，山东滕州人，学士学位，高级工程师，长期从事煤矿地测防治水工作，曾发表过论文多篇。
收稿日期：（2015-3-4）
文章编号：1009-0797（2015）02-0059-03
文献标志码：A
中图分类号：TD823.8