孫 濤

(西山煤電集團 鉆探分公司，山西 太原 030053)

隨著西山煤電集團公司屯蘭礦開采深度的不斷增加，受到底部灰?guī)r發(fā)育的裂隙巖溶承壓水的威脅日趨嚴重。煤層底板與奧灰承壓含水層間隔水層的隔水能力是影響帶壓開采安全性的重要因素，隔水層作為帶壓開采的防護層，其隔水能力與厚度、空間分布、巖性組合及力學特征等有密切關(guān)系。結(jié)合區(qū)內(nèi)勘探資料和生產(chǎn)資料，可以從宏觀上對8#煤層底板隔水層隔水能力進行分析。

1 隔水巖層的厚度

隔水巖層的厚度決定于其沉積時的古地理環(huán)境及后期構(gòu)造運動的改造，如褶皺變薄帶、斷裂破碎帶等。判斷隔水巖層厚度變化情況，區(qū)內(nèi)鉆孔是最好的資料。

根據(jù)該區(qū)的鉆孔資料，絕大部分鉆孔在9#、10#或11#煤下終孔，少數(shù)鉆至K1或C2b 地層結(jié)束;包括水文孔在內(nèi)，實際穿過整個煤系地層進入奧陶系的鉆孔有24 個。據(jù)統(tǒng)計，除構(gòu)造影響區(qū)段外，井田內(nèi)鉆孔揭露8#煤層底板隔水層厚度為75.41 ～112.87 m，見表1，隔水層厚度變化情況及分布規(guī)律見圖1。由圖1可以中看出，煤層底板標高整體呈北高南低，東高西低的趨勢。隨著煤層埋深的增加，局部區(qū)域隔水巖層的厚度增大，但整體并未呈現(xiàn)出規(guī)律性增大的趨勢。

2 隔水巖層的空間分布

隔水巖層的空間分布規(guī)律是區(qū)內(nèi)構(gòu)造作用的表現(xiàn)，O2頂面標高等值線圖見圖2。從圖2 可知，總體上隔水巖層標高北高南低，東高西低，與煤層底板標高變化趨勢基本一致。

表1 8#煤層底板隔水層厚度統(tǒng)計表

由于NE 向斷層的切割，將走向NW、傾向SW 的單斜切割成大致3 個高低不同的NE 向地塊。

圖1 8#煤層隔水層厚度等值線圖

圖2 O2 頂面標高等值線圖

該區(qū)隔水巖層總體為傾向西或南偏西，傾角一般＜10°，為一走向北西的單斜構(gòu)造，在此背景上發(fā)育了短軸褶曲。由于褶曲的存在，區(qū)內(nèi)隔水巖層的空間分布形態(tài)大致為波狀起伏的褶面形態(tài)，隔水巖層東北部高，西南部低。值得注意的是，斷層附近的變薄帶，如T63 等鉆孔附近，在同樣的條件下，往往由于構(gòu)造的影響使有效隔水層厚度變薄，存在奧灰突水危險。在構(gòu)造發(fā)育區(qū)域采掘，要特別注意對隱伏斷層、陷落柱的探測，防止其作為奧灰突水的通道，把奧灰水導通至工作面。

3 隔水巖層的組合關(guān)系

8#煤層底板隔水巖層組合是指煤層底板至奧陶系頂面的地層巖性組合，該巖性組合為一套海陸交互相的含煤沉積建造。巖性以砂巖、泥巖、石灰?guī)r、煤層相間出現(xiàn)為特征。整個巖層軟硬相間，主要有柔性的泥巖、硬脆性的砂巖、可溶硬脆性的石灰?guī)r等3 類巖石組成。但受其沉積環(huán)境和后期構(gòu)造的影響，在巖性變化上，介于泥巖、砂巖之間的有泥質(zhì)砂巖、砂質(zhì)泥巖等，不同部位各類巖層厚度比例也各不相同。

1)本溪組(C2b)。

該組地層厚度變化19.43 ～32.76 m，平均25.70 m，巖性由深灰、淺灰及灰色細-中粒砂巖、粉砂巖、砂質(zhì)泥巖、泥巖、鋁質(zhì)泥巖、石灰?guī)r及不穩(wěn)定的薄煤組成，平行不整合于峰峰組之上。底部主要為山西式鐵礦，厚度不穩(wěn)定，以黃鐵礦為主;下部鋁質(zhì)泥巖較穩(wěn)定，厚度15 m 左右;中、上部為泥巖、砂質(zhì)泥巖及淺海相薄層石灰?guī)r1 ～3 層，本組地層具有良好的隔水性能。

2)太原組(C3t)。

從晉祠砂巖(K1)底至8#煤層底為海陸交互相沉積，巖性為深灰、灰黑色砂質(zhì)泥巖、泥巖、石灰?guī)r、淺灰色砂巖及煤層組成。包含整個太原組下段和上段一部分:下段(C3t1)下起K1砂巖底界，上至11#煤，厚45 m 左右。K1為河床相細、粗砂巖，最大厚度20.71 m，有時不發(fā)育。其上為一套以過渡相、陸相為主的海陸交互相沉積物，以泥巖、黏土泥巖及砂巖為主，有時含不穩(wěn)定的石灰?guī)r1 ～2 層，并常含數(shù)層薄煤。

11#煤至8#煤段厚25 m 左右，巖性以灰、灰黑色的泥質(zhì)巖及砂巖為主，含一薄層泥灰?guī)r，即11#煤上泥灰?guī)r(L0)，平均厚0.48 m。

綜上所述，8#煤層以下至奧陶系頂面隔水巖層所包括地層有本溪組和太原組，總的厚度為95 m 左右。巖性主要為泥巖，其次為砂巖、石灰?guī)r和煤層煤線，柔性巖層占主導地位，柔性巖石有很好的隔水性能;其次為脆性巖層，脆性巖石有很好的抗破壞能力。無論從厚度上還是巖性上，該巖層均具有良好的隔水性能。

4 隔水巖層的力學特征

根據(jù)本區(qū)GS -10、GS -15 及GS -21 三個孔的巖石物理力學測試結(jié)果表明:石灰?guī)r強度最大，抗壓強度31.80 ～69.30 MPa，抗拉強度1.62 ～2.96 MPa，抗剪強度2.84 ～9.84 MPa;細砂巖強度次之，抗壓強度28.80 ～38.20 MPa，抗拉強度2.54 ～2.71 MPa，抗剪強度5.53 ～5.69 MPa;泥巖強度最小，抗壓強度2.70 ～9.30 MPa，抗拉強度0.58 ～2.06 MPa，抗剪強度2.53 ～2.73 MPa。

表2 巖石物理力學性質(zhì)分析表

依據(jù)《工程巖體分級標準》中巖石堅硬程度定性劃分的對應關(guān)系可得出:泥巖、鋁質(zhì)泥巖為極軟巖～軟巖;砂質(zhì)泥巖、粉砂巖為較軟巖;細砂巖、中砂巖、石灰?guī)r為較堅硬巖。隨著底板泥巖含量增加，巖層抗水壓能力降低，但是底板隔水性能增高。

5 結(jié) 論

屯蘭礦8#煤層底板隔水層平均厚度為95 m 左右，隨著煤層埋深的增加，局部區(qū)域隔水巖層的厚度增大，但整體并未呈現(xiàn)出規(guī)律性增大的趨勢。巖性主要以軟質(zhì)巖為主，雖然軟質(zhì)巖石抗水壓能力降低，但有很好的隔水性能，而硬質(zhì)巖石又有很好的抗破壞能力。無論從厚度上還是巖性上，該巖層均具有良好的隔水性能。但在構(gòu)造發(fā)育區(qū)域采掘時，要特別注意對隱伏斷層、陷落柱的探測，防止把奧灰水導通至工作面。

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