潘一井田地温分布特征及影响因素

常靖靖+宋登科+许光泉

作者简介：常靖靖（1987—），女，安徽阜阳人,安徽理工大学地球与环境学院环境工程专业硕士研究生。中图分类号：TD727.2文献标识码：A文章编号：16749944(2014)05016303

1井田概况

潘一井田位于安徽省淮南市潘集区境内,井田为全隐伏煤田。据钻探揭露,其地层自老至新有下元古界、上元古界、寒武系、奥陶系、石炭系、二叠系、三叠系、第三系、第四系［1］。潘一井田处于潘集背斜南翼及倾伏转折端,轴迹NWW向,枢纽总体向SEE倾伏,倾伏角5°,沿走向稍有起伏。地层走向自东向西为N30°E至N60°W,倾向SE~SW,东部因枢纽倾伏,地层发生转折成弧形致使地层走向为近南北向。井田内地层倾角由浅入深逐渐变缓(23~5°)。井田内断层较为发育,其中以斜切张扭性断层为主,压扭性断层次之。据井田内钻探、三维地震勘探、采掘揭露资料分析,井田内落差5m以上的组合断层84条,其中落差大于20m的断层14条,落差10~20m的断层19条,落差小于10m的断层51条［2］。

2井田地温

2.1井田地温状况

潘一矿勘探期间,共施有测温钻孔23个,其中4个钻孔位于潘集背斜轴部。井田测温孔可构成五条测温剖面,钻孔测温汇总及分析见表1。

表1潘一矿钻孔测温汇总

孔号终孔

深度

/m增温梯度

/(℃/m)增温率

/(m/℃)松散层G全G基S全S基深度温度主采煤层底板温度/℃13-111-284-13深度/m温度/℃深度/m温度/℃深度/m温度/℃深度/m温度/℃深度/m温度/℃水平温度/℃-350

m-380

m-530

m-670

m-800

m-900

m-1000

m三3756.402.72.737.037.0238.3624.5673.2335.5740.2338.427.728.531.236.6四东21914.942.92.534.540.0267.5427.5575.5334.4642.4936.0736.7838.2804.8740.1890.3443.329.730.833.837.040.744.4四17583.072.63.338.429.8283.0927.3478.4732.7549.9435.229.530.435.4四五东1682.622.92.734.537.0286.9124.2440.5628.5512.4630.4609.7732.2671.1035.326.226.931.2四五5780.03.92.934.534.5280.3526.1535.5132.4598.5234.8696.7038.8769.8841.726426.632.9五17611.642.62.938.434.5269.0823.3539.5130.9605.3033.225.826.431.4五3809.732.92.934.534.5285.0227.0467.6231.0537.6634.0640.3538.1703.8640.9787.1942.428.829.434.540.342.3五1780.863.11.232.231.2281.2930.2350.5032.8438.3135.533.234.039.1五19819.182.42.341.648.4257.126.4672.5135.0737.3736.8828.4339.528.629.231.836.039.1五六9761.692.63.138.432.2299.5027.1347.6727.7423.7630.1528.1332.5605.6034.9710.8638.228.128.633.241.6五六11795.771.71.838.853.1276.9523.9716.0931.9782.6933.624.025.828.831.234.0六19671.283.21.631.225.0309.8225.5320.725.7288.6527.3492.4531.3588.8835.6659.8139.824.227.634.0六15908.882.42.341.643.0276.2722.5664.8231.8737.8033.6825.4735.3893.3936.925.526.029.432.535.137.0六83.145.427.027.431.034.7六七1620.062.63.238.131.2310.6123.8384.1625.7460.0928.6535.2530.5604.0739.326.027.931.1七13683.532.63.638.133.3328.0126.3492.5530.4499.6834.4673.7437.427.227.832.338.3七11751.302.72.737.037.0149.022.2673.1335.2735.9937.727.228.431.435.7七15401.482.42.441.641.6330.9624.8391.3126.335.631.4七9803.693.03.033.333.3325.7524.7494.0929.8F615.5133.4688.45七-八3608.163.14.132.224.4290.8024.1537.5033.8593.9736.526.929.234.7503659.303.33.029.833.3347.2627.6414.5930.3489.3733.5579.9536.0649.3038.328.529.734.8八-九7900.202.41.541.666.6298.6624.7642.3228.3701.0329.3809.4731.3876.4433.825.425.727.329.231.735.0构8401.423.83.826.326.3249.9430.034.4I81072.32.42.341.343.7163.3021.4727.6531.1798.4532.8874.0235.3962.1038.81044.541.423.123.627.030.233.537.040.70-I-21056.53.13.032.232.9246.0521.8717.5034.9793.7237.2867.5539.5947.7041.81032.144.524.925.629.934.038.041.044.80-61149.82.92.934.734.9194.8020.0838.737.3895.2339.3971.7041.61046.845.31133.848.323.734.428.432.436.540.043.8副构孔1080.12.72.736.937.2207.5523.6632.233.2703.3535.6757.1537.5835.6040.327.027.830.635.439.442.045.6

分析地温成果,其特征如下:井田内地温垂向上正常。基岩地温相对较高,全层地温梯度为1.7~3.9℃/m,平均2.7℃/m。基岩地温梯度为1.2~4.1℃/m,平均2.8℃/m。根据原九龙岗矿长期观测的地温观测孔资料,计算出井田恒温带深度为30m,温度为16.8℃。井田北翼背斜轴部地温高、梯度大,地温梯度一般为30~41℃/百米,属地温异常区;井田南翼背斜翼部地温低、梯度小,地温梯度一般为1.5~2.9℃/百米,属地温正常区。

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井田主采煤层为13-1、11-2、8、4-1和3煤层。其中13-1煤层由浅入深地温变化于29.2~36.1℃;11-2煤层由浅入深地温变化于29℃~46℃;8煤层由浅入深地温变化于30.6~37.3℃;4-1煤层由浅入深地温变化于33.1~38.0℃;3煤层由浅入深地温变化于32.9~41.6℃。其热害区一般对应煤层底板深度见表2。

表2主采煤层热害分级

煤层13-111-284-13深度/m一级热害区(≥31℃)512495424露头以下露头以下二级热害区(≥37℃)878784804727599

2.2井田地温分布规律

(1)井田各主采煤层底板温度随深度增加而增大。各主采煤层温度T与埋深H成正相关,两者之间有很好的线性相关,相关关系见表3。

表3井田主采煤层井温与深度相关关系表

煤层ab相关关系式r13-122.60.0164T(℃)=22.6+0.0164H(m)0.6911-220.70.0208T(℃)=20.7+0.0208H(m)0.74824.30.0158T(℃)=24.3+0.0158H(m)0.584-129.00.0110T(℃)=29.0+0.0110H(m)0.50324.60.0207T(℃)=24.6+0.0207H(m)0.83

13煤层底板温度:井田13煤层测温深度为-71609~-3207m,底板温度257℃~355℃,平均约315℃,大部分地区属一级热害区。等温线与底板等高线趋势较一致,并随着底板深度的增加而增加。由于受断层影响,地温高低不均。13煤层底板等温线如图1所示。

图113-1煤层底板等高线图

图2-530m水平地温等值线

(2)井田不同水平横向上地温分布情况:基面井温变化范围为20.0~30.2℃;-350m水平井温变化范围为23.1~34.4℃;-380m水平井温变化范围为23.6~34℃;-530m水平井温变化范围为27.0~39.1℃;-670m水平井温变化范围为29.2~40.3℃;-800m水平井温变化范围为31.7~42.3℃;-900m水平井温变化范围为35.5~44.4℃;-1000m水平井温变化范围为40.7~45.6℃。同一水平同一煤层走向上地温一般东部高、西部低。

井田-530m水平地温分布:井田-530m水平地温为27.3℃~35.4℃,平均32.08℃。从平面上看,地温分布呈现井田北部和中部地温较高、西部地温较低的趋势。-530m水平地温等值线如图2所示。

3地温影响因素分析

3.1井田地温与地质构造有关

井田地质构造比较复杂,断层多,较大断层处地温高,梯度亦大。如七-八3、七1、七9孔皆处于断层带,地温与梯度明显高于正常地带。其高低差异原因可能是受断裂尤其是受郯芦沉陷断裂型的构造影响,沟通了上地幔的热流通道,将深部热流导入浅部致使岩温升高。

淮南矿区新区地处潘集背斜隆起区域,由于岩层结构的变化改变了热流方向,垂直层理方向的导热性能小于沿层理方向的导热性能,从而导致了井田不同地带温度场分布的差异,造成其地温高的主要原因,越是靠近背斜轴部地温越高。

3.2井田地温与地下水温有关

水温高的地段地温高,如构8、五1孔及西一采区-530m石门两处出水点水温35℃,地温亦在34~35℃。

分析其原因可能是浅层地下水渗流至地下深处,与高温围岩进行热交换获取热量,在合适地质构造条件下,高热温水沿通道上升到浅部,在上升通道的周围形成局部的高温异常带。

3.3岩浆岩侵入对井田地温的影响

在1、3、4-1煤层局部遭受岩浆岩侵入地段,由于岩浆余热对地温场的影响,局部地温形成异常区［3］。

综上,影响潘一矿井热环境的因素较多,热害程度严重。热害已成为制约矿井安全生产的主要因素之一,因此必须对矿井进行热害防治。

2014年5月绿色科技第5期4矿井热害综合防治措施

(1)采取开采技术及通风降温措施,如矿井及采区合理开拓布置、选择合理的开采方法、合理集中生产、合理增大工作面风量、采用煤层注水、湿式掘进、采空区灌浆充填及采区及时封闭等。

(2)人工制冷降温措施。本矿井开采深度大、地温高、开采强度高、瓦斯涌出量大。为稀释CH4、降低气温所确定的风量已经较大,其配风量已接近规定的最高允许风速,故增大采掘面通风量的潜力非常有限。为从根本上治理热害,还须采取人工制冷降温。目前矿井已建立并启动集中降温系统,以消除热害对安全生产的影响。

5结语

潘一矿井田内地温分布不平衡,北翼背斜轴部地温高、梯度大,地温梯度一般为3.0~4.1℃/m,属地温异常区,南翼背斜翼部地温低、梯度小、地温梯度一般为1.5~2.9℃/百米,属地温正常区。井田地温从背斜翼部向背斜轴部呈上升、梯度呈增大趋势。同一水平同一煤层走向上地温一般东部高,西部低;倾向上主采煤层底板地温随深度增加而增大,且呈线性关系。地温分布主要受埋深影响,随深度的增加而增加;由于井田内地质构造比较复杂,地温分布受到褶曲和断层的影响比较大;地下水活动对地温分布产生一定的影响,岩浆活动的影响不大。矿井在设计、建设的过程中必须高度重视高地温的问题,并采取相应的降温措施。

参考文献：

［1］ 李红阳,朱耀武,易继承.淮南矿区地温变化规律及其异常因素分析［J］.煤矿安全,2007(11):69~71.

［1］ 张振飞,冯士安,陈贵祥.耿皇井田地温分布特征及影响因素［J］.煤炭技术与管理,2012(12):6~8.

［3］ 杨丁丁,王佰顺,张翔,等.淮南煤田新区地温分布规律分析及热害防治［J］.中国矿业,2012,21(7):94~97.

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