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水文地质过大断层技术研究

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1矿井水文地质条件

1.1二叠系含水层、隔水层(1)石盒子组隔水层。该井田残留厚度0~218.15m,以泥岩为主,粗、中、细砂岩占地层厚度38%,从岩性上看,基底式泥质胶结的砂砾本身失去了富水性机理。井田内该组地层基本上可视为隔水地层。(2)煤层顶底板砂岩含水层。对井田充水有影响的含水层主要为3煤层顶底板砂岩裂隙水。平均厚33.31m,抽水试验钻孔单位涌水量为0.00488~0.03418L/s•m,属弱富水含水层。断层破碎带、节理发育带等地段富水性较强。水质属HCO3--Na+型水。

1.2太原组含水层、隔水层(1)山西组底至三灰顶隔水层。山西组底至三灰顶平均33m,主要为泥岩、粉砂岩,隔水性能良好。(2)三灰含水层。厚2.20~7.50m,平均4.90m,隐晶质结构,局部具裂隙。钻孔单位涌水量0.00488~0.0238L/s•m,弱富水含水层。巷道多次揭露,涌水量稳定。(3)十下灰岩溶裂隙含水层。厚3.35~6.82m,平均厚5.00m。十下灰岩坚硬,岩溶裂隙发育不均一,钻孔抽水试验表明其富水性较弱。(4)17煤底板至奥灰间隔水层(段)。平均厚度44.10m,主要是泥岩、粉砂岩及薄层灰岩,能起隔水作用,但受断层影响,间距缩短、岩石破碎。

1.3奥陶系石灰岩岩溶裂隙含水层奥陶系灰岩(简称奥灰)总厚大于800m,岩溶裂隙较发育,对奥灰抽水试验表明奥陶系灰岩富水性弱~中等。

2工程概况

因回风暗斜井最先揭露嘉祥支三断层,现以回风暗斜井施工为例。按照回风暗斜井施工设计,巷道至-400m水平变坡下山25°施工,施工下山90m,揭露嘉祥支三断层,断层产状:20°∠55°,H=300m。嘉祥支三断层下盘(-400m水平)奥陶系地层与断层上盘(-760m水平)3煤地层对接。三条暗斜井在-400m水平布置在下石盒子组底界地层,穿过嘉祥支三断层(由下盘进入上盘)进入上石盒子组上部地层。工程概况如图1所示。

3充水因素分析

嘉祥支三断层向上切至第四系底界,向下切穿二叠系、石炭系地层后至奥陶系灰岩,断层切穿或波及的主要含水层有:第四系底界钙质层岩溶、裂隙含水层,侏罗系孔隙、裂隙含水层,山西组砂岩孔隙、裂隙含水层,三灰岩溶裂隙水,奥陶系石灰岩岩溶裂隙含水层。

3.1有影响的主要含水层回风暗斜井巷道顶板上距第四系底界210m,第四系底界钙质层水对巷道施工影响较小。巷道底板距奥陶系灰岩层法线距离120m,奥灰水水位标高+31.97~+32.68m,按突水系数计算公式:T=P/M式中,T为突水系数,MPa/m;P为底板隔水层承受的水压,MPa;M为底板隔水层厚度,m。经计算,突水系数为0.0385MPa/m,小于0.06MPa/m,可见巷道不受奥灰水威胁。对巷道施工有影响的主要为侏罗系孔隙、裂隙含水层和山西组3煤顶板砂岩裂隙含水层。

3.2断层导水性井田内断层导水情况主要与断层两盘接触部位的岩性有关。主要断层嘉祥支三断层、F1等,钻孔揭露29孔点,无一钻孔漏水现象,说明断层在非含水层对接情况下是隔水的;含水层在断层与非含水层对接条件下区域性规律为富水性低于正常含水层段。暗斜井在-400m水平布置在下石盒子组底界地层,岩石主要为泥岩夹粉砂岩薄层,巷道穿过嘉祥支三断层进入上石盒子组上部地层,岩石主要为泥岩、粉砂岩,该区段嘉祥支三断层应判为弱导水~不导水断层。但嘉祥支三断层落差大,断层带内裂隙发育,局部水文地质条件复杂。暗斜井施工时,必须按照“有疑必探、先探后掘”的原则超前探放水。

4过断层措施

4.1井下水文地质补充勘探暗斜井施工前,开展了井下水文地质补充勘探。在-400m水平先后施工2组奥灰水文勘探钻孔,安装了孔口安全闸阀,开展了放水试验。进一步查明-400m水平二叠系石盒子组地层至奥灰之间岩石性质、岩层厚度。通过对水压、涌水量、水温的观测和水质分析,进一步掌握了奥灰水水文参数。

4.2加强巷道支护暗斜井施工接近嘉祥支三断层时必须加强巷道支护,在正常区段施工时巷道断面设计为直墙半圆拱形,锚杆支护。接近嘉祥支三断层时在原锚杆支护的基础上,采用锚索、锚杆联合支护,锚杆与锚索间隔布置,锚索支护规格为直径15.27mm,长6000mm,间排距1200mm,全断面布置。施工过程中严格按装药量规定进行操作,放炮后要及时洒水降尘。同时根据施工情况及时对开裂的喷体进行清理,并补打锚杆、挂网。

4.3施工超前探水钻孔矿井高分辨率三维数字地震勘探对该断层勘探工程量小,考虑断层平面位置摆动等因素,超前断层位置80m开始施工探水钻孔,按照探水—掘进—再探水—再掘进的方式,循环探水掘进。钻孔布置技术参数:钻孔按扇形布置,每循环设计施工3个钻孔,钻孔Ⅰ俯角10°,施工长度80m,终孔位置下距暗斜井巷道顶板20m;钻孔Ⅱ俯角25°,施工长75m,平行巷道掘进方向;钻孔Ⅲ俯角42°,施工长度80m,终孔位置上距暗斜井巷道底板25m。每循环允许掘进距离50m,超前距25m。探水时使用专用探水钻机,预先固结套管安装闸阀,严格按照相关规定进行探水作业。探水效果:在进行第二循环探水作业时,巷道底板探水钻孔(钻孔Ⅲ)出水,水量26m3/h,经水质化验属HCO3--Na+型水,对比分析为3煤顶板砂岩裂隙水。经疏放降压,涌水量逐渐稳定在2m3/h左右,至回风暗斜井穿过嘉祥支三断层,施工的其他探水钻孔未发生出水现象。钻孔布置如图2所示。图2超前探水钻孔布置剖面图

5结论

(1)通过分析对比井田水文地质条件和嘉祥支三断层对盘地层关系,研究总结了暗斜井穿过嘉祥支三断层掘进施工的充水因素,设计施工超前探水钻孔,消除了水害威胁。(2)实践证明,采取水文地质补充勘探、加强巷道支护和施工超前探水钻孔等措施,确保了暗斜井安全顺利穿过嘉祥支三断层,为水文地质复杂区域巷道过大断层提供了参考依据。

作者:王海峰王海兹徐玉震单位:山东煤矿安全监察局鲁西监察分局江苏煤矿安全监察局徐州监察分局山东煤矿安全监察局

水文地质过大断层技术研究责任编辑:田老师    阅读:人次