鮑道亮
(福建龍巖學院,福建龍巖364000)
摘 要:后洋井田+500 m水平大巷突水后,對突水的水源,水量特征和突水通道進行了全面的
分析。認為該突水事故的水源主要是來自棲霞灰巖的裂隙———巖溶承壓水,通道是ZK3(舊)鉆孔和F8-1斷層的共同作用。
關鍵詞:水文;構造;突水水源;突水通道
中圖分類號:TD742+.3 文獻標識碼:B 文章編號:1003-496X(2006)05-0050-03
1 井田水文地質概況
上京礦區區域構造位于縱貫福建省北北東向政和———大埔斷裂帶和橫切諸條北東向構造的永安———晉江大斷裂的交會點附近,全局性應力均在礦區內呈較明顯集中的表現。太華———長塔背斜軸向北東———南西,向南西傾伏,傾伏角15°~25°,為礦區內級褶皺,該背斜的中段兩翼次級褶皺發育,同時受區域構造力,背斜上拱、巖漿侵入等作用形成了一系列各種走向的斷裂構造。后洋井田位于太華———長塔背斜的中段,上京礦區東部,南西與上京井
田以F6斷層為界,北西以F0斷層為界,北以F21斷層與溫杭井田為界,東以F22斷層為界,面積約3 km2,年設計生產能力15萬t。
該礦區出露地層由老到新有:石炭系下統林地組(C1l)、二疊系下統棲霞組(P1q)、文筆山組、(P1w)童子巖組、(P1t)二疊系上統翠屏山組、(P2cp)大隆組、(P2d)長興組、(P2c)三疊系下統溪口組(T1x)及第四系殘、坡積層。據研究,對礦區有影響的充水水源有:大氣降水、老窯及采空區水、構造裂隙水、灰巖巖溶———裂隙承壓水;充水通道主要有:構造破裂面、軟硬層接觸面、鉆孔、灰巖裂隙———巖溶發育帶、采動后形成的“三帶”及地表塌陷等。
2 后洋井田+500 m水平運輸大巷突水情況及堵水過程
后洋+500 m水平運輸大巷位于仙亭礦+500m水平五采區以東,是通往后洋一、二采區的運輸大巷,是礦井實現聯合集中生產的必要通道。大巷沿26#煤層底板掘進,穿過寬1.52~2.27 m的F8正斷層,未發生突水。大巷穿過33#煤層后,1990年8月4日掘進至108線補2K7號孔接近26#煤層底板時,煤層頂板砂巖滲出4股水,總水量達20 m3/h;繼續掘進,突水段也向前移;8月10日水量增大,達60m3/h;8月16日停止掘進;8月22日因暴雨造成仙亭礦淹井;9月20日恢復生產,涌水量為100 m3/h;10月3日,水量增至150 m3/h,后穩定在100 m3/h。1990年11月3日至1991年3月14日停停打打,進尺7.8 m,水量逐漸增大,增至175 m3/h;4月3日工作面見一斷層破碎帶,巷道頂有水噴出,總涌水量猛增至385 m3/h;4月25日達400 m3/h,5月份共掘進30.5 m,6月20日涌水量高達423.76m3/h,后穩定在230 m3/h左右,經研究停止掘進,實施堵水工程。
后洋+500 m運輸大巷1990年8月4日開始出水,特別是1991年4月突水量大于350 m3/h后,
位于突水點西北約500 m的ZK10號水源孔在柯坑+610 m水倉的涌水量從>70 m3/h銳減為8 m3/h左右,造成礦區生產、生活的供水緊張局面。經1991年9月和1992年3月兩次注漿堵水,水源孔的水位恢復正常。說明突水點的水源與ZK10號水源孔有水力聯系。即突水水源來自巖溶———裂隙承壓水。
3 突水因素分析
后洋+500 m運輸大巷的突水已成為威脅上京礦區安全生產的懸而未決的災害問題,直接影響到礦區的開拓和延深,因此研究突水因素為防治水提供水文地質依據,對保證礦井安全生產和礦區的進一步開發建設是非常必要的。
3.1 突水水源分析
當后洋+500 m水平大巷突水點突水后,位于突水點西北約500 m的ZK10水源孔在柯坑礦+610 m水倉的灰巖水涌水量從大于70 m3/h銳減為8 m3/h左右,造成供水的緊張局面。實施堵水工程后,其水量又恢復正常。
從水質上看,突水點和ZK10號水源孔的灰巖水水質相近,同屬HCO3-—Ca2+型,為灰巖水的典型特征(見表1)。綜上所述,后洋+500 m水平大巷突水的水源
是灰巖水,是來自礦區棲霞灰巖的巖溶———裂隙承壓水。
3.2 突水水量特征
礦區棲霞灰巖的巖溶———裂隙承壓水水量的觀測結果如表2。
表2 棲霞灰巖巖溶—裂隙承壓水水量觀測結果表地點標高/m水量/m3·d-1
柯坑礦ZK10號水倉+610 3 000±后洋運輸大巷突水點+500 3 120±仙亭礦ZK10號孔割管取水點+500 3 800
突水點的水量,包括巖溶水和煤系水,1991年6月20日最大涌水量達到423.76 m3/h(即10 170m3/d)。在擋水墻修建前后,穩定水量為230 m3/h(即5 500 m3/d),此時巖溶水水位標高保持在+610~+620 m。因此,在230 m3/h的水量中,約有100m3/h的水來自煤系水,約有130 m3/h的水為灰巖水。
3.3 突水通道分析
(1)鉆孔作為通道的可能性分析。從圖1中可以看出,突水點較近的鉆孔有補ZK7、補ZK3、ZK75以及新舊ZK3等鉆孔。
補ZK7孔位于108線,+500 m大巷從其北側擦邊而過,圖1顯示,該孔在擋水墻上穿過,位于大巷左側25 m。終孔灰巖,封孔料是黃土和水泥分段封孔。+500 m大巷掘進經過該孔附近時未見大的淋水和涌水。
補ZK3孔位于108線補ZK7孔以西250 m。終孔層位和封孔質量與ZK7孔相同。由于孔斜,在圖上距大巷約150 m,距大巷突水點達400 m,共間有F8斷層相隔。
以上2孔在地質資料上未發現斷層與之溝通,因此它們的封孔質量不大可能是導致突水的原因。ZK75號孔,位107線,從圖1上看,在突水前方約200 m處,終孔層位為灰巖,在鉆孔標高446.51m見一正斷層,即F8-2,雖然與含水層有一定的水力聯系,但距突水點距離遠,不是大巷突水的主要原因。
ZK3號孔,位于108線,有新、舊2個孔。調查顯示:ZK3(新、舊)兩孔在同一個孔位開孔,由于孔斜分叉成兩個孔。ZK3(新)孔深600.52 m,終孔層位P1W,鉆孔斜度較小,封孔材料是黃泥。在+500水平切面圖上,ZK3(新)按孔斜計算后的落點已接近+500 m水平大巷,距突水點較近;ZK3(舊)孔深690.29 m,終孔層位進入P1q灰巖約48 m,有關資料表明,ZK3(舊)鉆孔記作“留作長期觀測孔”,未封孔?？梢?ZK3(舊)鉆孔距突水點也較近,且未封孔,直接溝通灰巖巖溶———裂隙承壓水,與+500 m大巷突水點密切相關。
(2)斷裂構造作為通道的可能性分析。在+500m大巷突水點周圍的斷裂構造,F3、F19和F8系列斷層及26#煤層底板砂巖含水層的裂隙。
F3斷層為輾掩斷層位于文筆山組與童子巖組一段地層分界處,屬不導水斷層。
F19斷層離突水點平距約610 m,且在+300 m水平以下,雖有切割到灰巖使39#煤層底板與灰巖對口接觸,但因導水性弱,直接與26#煤層底板砂巖導通的可能較小。
F8斷層由108線補ZK7號鉆孔揭露,地質編錄提到,有一定的漏水。但+600 m和+500 m水平
大巷已揭露的F8斷層未發現有涌水現象,且突水點在F8斷層以東達250 m,可以排除其為導水通道。根據108和107勘探剖面,在補ZK7、ZK3、ZK5及ZK75等幾個鉆孔內,發現了一組與F8性質相同,方向一致、呈雁行排列的小型正斷層,落差從幾米到十幾米,由孤孔控制,編號為F8-1、F8-2、F8-3,其中F8-1距突水點最近。F8-1斷層,見于ZK3號孔,鉆孔記錄中,第215層見到,標高373.46 m,破碎帶在鉆孔中為0.8 m。F8-1斷層與F3斷層相交,并切穿到棲霞灰巖。研究表明:這一組斷層雖然落差不大,破碎帶不寬,但派生裂隙發育是導通棲霞灰巖巖溶———裂隙承壓水的良好通道,且巷道揭露后,(及將來采動后),由于礦壓的作用,巖體應力重新分布,使貫穿于煤層頂、底砂巖含水層中的斷層“活化”,成為導水斷層,加之巖溶———裂隙承壓水的水壓作用,將含水層的水和巖溶水引入巷道造成突水。
4 結 論
綜上所述,造成后洋井田+500 m大巷突水的水源是巖溶———裂隙承壓水。突水通道最大可能是ZK3(舊)孔和F8-1斷層。即一是ZK3(舊)鉆孔溝通的巖溶水經由25#和26#煤層之間的砂巖含水層涌水+500 m水平大巷,造成突水。二是F3—P1w下伏的巖溶水經F8-1斷層與砂巖含水層溝通,導入+500 m水平大巷,引起突水。
參與文獻:
〔1〕 尹國勛,鄧寅生.煤礦環境地質災害與防治〔M〕.北京:煤炭工業出版社, 1997.
〔2〕 上京井田地質勘探報告〔M〕.閩西地質隊,1999.
〔3〕 上京政區永文地質調查報告〔M〕.福建省121地質隊,1999.
作者簡介:鮑道亮(1963-),男,副教授,1985年畢業于淮南礦業學院地質系,現在龍巖學院從事地質與安全的教學和科研工作。
