鲍道亮
(福建龙岩学院,福建龙岩364000)
摘 要:后洋井田+500 m水平大巷突水后,对突水的水源,水量特征和突水通道进行了全面的
分析。认为该突水事故的水源主要是来自栖霞灰岩的裂隙———岩溶承压水,通道是ZK3(旧)钻孔和F8-1断层的共同作用。
关键词:水文;构造;突水水源;突水通道
中图分类号:TD742+.3 文献标识码:B 文章编号:1003-496X(2006)05-0050-03
1 井田水文地质概况
上京矿区区域构造位于纵贯福建省北北东向政和———大埔断裂带和横切诸条北东向构造的永安———晋江大断裂的交会点附近,全局性应力均在矿区内呈较明显集中的表现。太华———长塔背斜轴向北东———南西,向南西倾伏,倾伏角15°~25°,为矿区内级褶皱,该背斜的中段两翼次级褶皱发育,同时受区域构造力,背斜上拱、岩浆侵入等作用形成了一系列各种走向的断裂构造。后洋井田位于太华———长塔背斜的中段,上京矿区东部,南西与上京井
田以F6断层为界,北西以F0断层为界,北以F21断层与温杭井田为界,东以F22断层为界,面积约3 km2,年设计生产能力15万t。
该矿区出露地层由老到新有:石炭系下统林地组(C1l)、二叠系下统栖霞组(P1q)、文笔山组、(P1w)童子岩组、(P1t)二叠系上统翠屏山组、(P2cp)大隆组、(P2d)长兴组、(P2c)三叠系下统溪口组(T1x)及第四系残、坡积层。据研究,对矿区有影响的充水水源有:大气降水、老窑及采空区水、构造裂隙水、灰岩岩溶———裂隙承压水;充水通道主要有:构造破裂面、软硬层接触面、钻孔、灰岩裂隙———岩溶发育带、采动后形成的“三带”及地表塌陷等。
2 后洋井田+500 m水平运输大巷突水情况及堵水过程
后洋+500 m水平运输大巷位于仙亭矿+500m水平五采区以东,是通往后洋一、二采区的运输大巷,是矿井实现联合集中生产的必要通道。大巷沿26#煤层底板掘进,穿过宽1.52~2.27 m的F8正断层,未发生突水。大巷穿过33#煤层后,1990年8月4日掘进至108线补2K7号孔接近26#煤层底板时,煤层顶板砂岩渗出4股水,总水量达20 m3/h;继续掘进,突水段也向前移;8月10日水量增大,达60m3/h;8月16日停止掘进;8月22日因暴雨造成仙亭矿淹井;9月20日恢复生产,涌水量为100 m3/h;10月3日,水量增至150 m3/h,后稳定在100 m3/h。1990年11月3日至1991年3月14日停停打打,进尺7.8 m,水量逐渐增大,增至175 m3/h;4月3日工作面见一断层破碎带,巷道顶有水喷出,总涌水量猛增至385 m3/h;4月25日达400 m3/h,5月份共掘进30.5 m,6月20日涌水量高达423.76m3/h,后稳定在230 m3/h左右,经研究停止掘进,实施堵水工程。
后洋+500 m运输大巷1990年8月4日开始出水,特别是1991年4月突水量大于350 m3/h后,
位于突水点西北约500 m的ZK10号水源孔在柯坑+610 m水仓的涌水量从>70 m3/h锐减为8 m3/h左右,造成矿区生产、生活的供水紧张局面。经1991年9月和1992年3月两次注浆堵水,水源孔的水位恢复正常。说明突水点的水源与ZK10号水源孔有水力联系。即突水水源来自岩溶———裂隙承压水。
3 突水因素分析
后洋+500 m运输大巷的突水已成为威胁上京矿区安全生产的悬而未决的灾害问题,直接影响到矿区的开拓和延深,因此研究突水因素为防治水提供水文地质依据,对保证矿井安全生产和矿区的进一步开发建设是非常必要的。
3.1 突水水源分析
当后洋+500 m水平大巷突水点突水后,位于突水点西北约500 m的ZK10水源孔在柯坑矿+610 m水仓的灰岩水涌水量从大于70 m3/h锐减为8 m3/h左右,造成供水的紧张局面。实施堵水工程后,其水量又恢复正常。
从水质上看,突水点和ZK10号水源孔的灰岩水水质相近,同属HCO3-—Ca2+型,为灰岩水的典型特征(见表1)。综上所述,后洋+500 m水平大巷突水的水源
是灰岩水,是来自矿区栖霞灰岩的岩溶———裂隙承压水。
3.2 突水水量特征
矿区栖霞灰岩的岩溶———裂隙承压水水量的观测结果如表2。
表2 栖霞灰岩岩溶—裂隙承压水水量观测结果表地点标高/m水量/m3·d-1
柯坑矿ZK10号水仓+610 3 000±后洋运输大巷突水点+500 3 120±仙亭矿ZK10号孔割管取水点+500 3 800
突水点的水量,包括岩溶水和煤系水,1991年6月20日最大涌水量达到423.76 m3/h(即10 170m3/d)。在挡水墙修建前后,稳定水量为230 m3/h(即5 500 m3/d),此时岩溶水水位标高保持在+610~+620 m。因此,在230 m3/h的水量中,约有100m3/h的水来自煤系水,约有130 m3/h的水为灰岩水。
3.3 突水通道分析
(1)钻孔作为通道的可能性分析。从图1中可以看出,突水点较近的钻孔有补ZK7、补ZK3、ZK75以及新旧ZK3等钻孔。
补ZK7孔位于108线,+500 m大巷从其北侧擦边而过,图1显示,该孔在挡水墙上穿过,位于大巷左侧25 m。终孔灰岩,封孔料是黄土和水泥分段封孔。+500 m大巷掘进经过该孔附近时未见大的淋水和涌水。
补ZK3孔位于108线补ZK7孔以西250 m。终孔层位和封孔质量与ZK7孔相同。由于孔斜,在图上距大巷约150 m,距大巷突水点达400 m,共间有F8断层相隔。
以上2孔在地质资料上未发现断层与之沟通,因此它们的封孔质量不大可能是导致突水的原因。ZK75号孔,位107线,从图1上看,在突水前方约200 m处,终孔层位为灰岩,在钻孔标高446.51m见一正断层,即F8-2,虽然与含水层有一定的水力联系,但距突水点距离远,不是大巷突水的主要原因。
ZK3号孔,位于108线,有新、旧2个孔。调查显示:ZK3(新、旧)两孔在同一个孔位开孔,由于孔斜分叉成两个孔。ZK3(新)孔深600.52 m,终孔层位P1W,钻孔斜度较小,封孔材料是黄泥。在+500水平切面图上,ZK3(新)按孔斜计算后的落点已接近+500 m水平大巷,距突水点较近;ZK3(旧)孔深690.29 m,终孔层位进入P1q灰岩约48 m,有关资料表明,ZK3(旧)钻孔记作“留作长期观测孔”,未封孔。可见,ZK3(旧)钻孔距突水点也较近,且未封孔,直接沟通灰岩岩溶———裂隙承压水,与+500 m大巷突水点密切相关。
(2)断裂构造作为通道的可能性分析。在+500m大巷突水点周围的断裂构造,F3、F19和F8系列断层及26#煤层底板砂岩含水层的裂隙。
F3断层为辗掩断层位于文笔山组与童子岩组一段地层分界处,属不导水断层。
F19断层离突水点平距约610 m,且在+300 m水平以下,虽有切割到灰岩使39#煤层底板与灰岩对口接触,但因导水性弱,直接与26#煤层底板砂岩导通的可能较小。
F8断层由108线补ZK7号钻孔揭露,地质编录提到,有一定的漏水。但+600 m和+500 m水平
大巷已揭露的F8断层未发现有涌水现象,且突水点在F8断层以东达250 m,可以排除其为导水通道。根据108和107勘探剖面,在补ZK7、ZK3、ZK5及ZK75等几个钻孔内,发现了一组与F8性质相同,方向一致、呈雁行排列的小型正断层,落差从几米到十几米,由孤孔控制,编号为F8-1、F8-2、F8-3,其中F8-1距突水点最近。F8-1断层,见于ZK3号孔,钻孔记录中,第215层见到,标高373.46 m,破碎带在钻孔中为0.8 m。F8-1断层与F3断层相交,并切穿到栖霞灰岩。研究表明:这一组断层虽然落差不大,破碎带不宽,但派生裂隙发育是导通栖霞灰岩岩溶———裂隙承压水的良好通道,且巷道揭露后,(及将来采动后),由于矿压的作用,岩体应力重新分布,使贯穿于煤层顶、底砂岩含水层中的断层“活化”,成为导水断层,加之岩溶———裂隙承压水的水压作用,将含水层的水和岩溶水引入巷道造成突水。
4 结 论
综上所述,造成后洋井田+500 m大巷突水的水源是岩溶———裂隙承压水。突水通道最大可能是ZK3(旧)孔和F8-1断层。即一是ZK3(旧)钻孔沟通的岩溶水经由25#和26#煤层之间的砂岩含水层涌水+500 m水平大巷,造成突水。二是F3—P1w下伏的岩溶水经F8-1断层与砂岩含水层沟通,导入+500 m水平大巷,引起突水。
参与文献:
〔1〕 尹国勋,邓寅生.煤矿环境地质灾害与防治〔M〕.北京:煤炭工业出版社, 1997.
〔2〕 上京井田地质勘探报告〔M〕.闽西地质队,1999.
〔3〕 上京政区永文地质调查报告〔M〕.福建省121地质队,1999.
作者简介:鲍道亮(1963-),男,副教授,1985年毕业于淮南矿业学院地质系,现在龙岩学院从事地质与安全的教学和科研工作。
