潘集矿区风氧化带地质特征分析

那光磊

摘 要：我国煤矿灾害多发，随着煤矿产量的提升，松散层下部风氧化带中的水害问题越来越突出，对煤矿开采带来了威胁，造成了一定的损失，逐渐得到了大家的重视。从潘集矿区的水文地质条件和工程地质条件两个方面，简要分析了其风氧化带的地质特性，提出了有利因素和不利因素，对煤矿开采有一定的借鉴意义。

关键词：含水层；风氧化带；强度

中图分类号：TB

文献标识码：A

文章编号：16723198（2015）23028902

1 概况

淮南煤田地处淮河中游平原，煤系含可采煤层10-15层，被160-600m新生界巨厚松散层所覆盖。煤田煤炭资源总储量约400亿t，-1000m以上总储量123亿t；是国家“十一五”规划的13个亿t级煤炭能源基地。

淮南煤田潘集矿区位于淮河中游北岸，煤炭总储量达135亿t，矿区10对矿井的井田总面积约500km2，总设计能力约为6000万t；2010年规划产量达7000万t。由于煤系均被巨厚松散含水层所覆盖，各矿矿井设计时按“水体压煤”条件，统一留设了60-80m的防水煤柱，初步统计主要可采煤层防水煤柱总储量约2亿t。

20世纪80年代，矿业集团对此高度重视，制订了矿区巨厚松散层补勘规划，从水文地质单元着眼，有针对性的以新生界下部含、隔水层勘探为重点的补充性、验证性勘探试验查条件；历经10余年，重点查明了潘集背斜区含水层，与近巨厚松散层下煤层开采有关的水文地质条件，取得了合理确定防水煤柱的关键成果。

2 风氧化带含水层特征

潘集矿区新生界含水层沉积物的岩性组成和特征为：其9含水层沉积物以石英岩砾、石英砂为主，局部夹有火成岩屑。砂、砾的直径自东南向西北方向有逐渐变小的趋势，颗粒存在一定的磨圆度和球度，具有洪水冲积相的特征。

2.1 岩性组合特征

含水层按岩性组合及含水性自下而上又可分为含水层1、含水层2、含水层3三个含水段，其间相应赋存隔水层1、隔水层2、隔水层3三个隔水段。各含隔水段分别阐述如下：

（1）含水层1：厚0.18-22.10m，平均7.59m。岩性主要由黄绿、灰白色、棕黑色砂砾层组成，其中夹有1～2层粘土和泥质砂砾，主要分布在凹槽内，向凹槽两边尖灭，从东向西砂砾粒度变细，粘土层数减少。单位涌水量q=0.02-0.22L/（s·m），富水性弱-中等。

（2）含水层2：厚1.0-45.93m，平均20.73m。是含水层中较富水的层段，单位涌水量q=0.49-2.4L/s·m，岩性主要为灰绿黄绿色砂砾层及中砂砾层组成，中部夹1-2层固结砂质粘土，凹槽部位砂层夹厚，粘土向凹槽两边增厚，在基岩隆起部位缺失。

（3）含水层3：厚1.95-43.95m，平均20.73m。单位涌水量q=0.06-0.15L/（s·m），岩性为褐黄-中黄色泥质砂砾，由泥质中粗砂及含砾粘土组成，夹1-2层粘土，凹槽部位砂层增厚，粒度变粗，垂直凹槽两边南北方向粘土增厚，砂层厚度减小。

（4）隔水层1：厚0-3.04m，平均2.01m。岩性主要由褐黄、棕红色粘土、粘质砂土组成。只分布于凹槽底部局部地区，其余地区均缺失。

（5）隔水层2：厚0.77-14.67m，平均4.39m。岩性主要由灰褐、黄褐色固结砂质粘土、粘质砂土组成，主要分布在凹槽内，向凹槽两边尖灭。

（6）隔水层3：厚1.0-45.93m，平均20.73m。岩性主要由褐黄、黄绿色砂质粘土组成，局部含有1层砂或砂砾。分布较稳定，但也有局部地段变薄至尖灭。

2.2 含水层富水性

根据已有勘探资料及前人研究成果可知含水层的水文地质特征为：其厚度为0-79.45m，平均46.67m，在潘集矿区煤系地层上方较为广泛沉积分布，不整合分布于基岩面之上。据含水层混合抽水资料，单位涌水量为0.0016-2.94L/（s·m），其水质为高矿化度的Cl-Na型水。

2.3 含水层补给条件

潘集矿区新生界含水层在煤系地层上方较为广泛沉积分布，其与煤系地层底部的太灰、奥灰，上覆的中含、上含联系程度，从目前的水位、水温、水质的差异来看水力联系不明显，但与煤系地层的砂层裂隙含水层有较为密切的水力联系。

覆盖于基岩面以上的新生界下部含水层，在潘一、潘三两矿的基建与生产过程中，已产生水害，并且造成了巨大的经济损失。分析其原因，均是由于煤系砂岩与含水层之间无粘土层隔离，部分地段在“天窗”区与含水层直接接触，并接受含水层的补给，成为矿井的主要充水水源。

3 风氧化带的工程地质特征

潘集矿区风氧化带浅部煤层顶板岩性组合特征：伪顶岩性一般为炭页岩或粘土岩，抗压强度小于5MPa，抗拉强度小，岩层较为薄弱，赋存不稳定。煤层之上的粘土岩、砂质粘土岩与老顶的砂岩接触，厚度一般平均2.5m。煤层直接顶为粘土岩、砂质粘土岩或粉砂岩。13号煤层顶板由单一粘土岩、砂质粘土岩组成，厚度大，一般不含砂岩老顶。煤层直接顶板抗压强度变异范围大，一般平均为35MPa，抗拉强度小，直接顶一般较破碎，与老顶粘结力差，易离层冒落。

潘集背斜区基岩风氧化带深度22.25-27.04m。风氧化带岩石强度主要受岩性、风化程度、含水量影响。经试验测得，风化砂岩单轴抗压强度一般为1.7-46.54MPa，未风化砂岩强度一般为30.67-6321MPa。

潘集矿区风氧化带力学性参数强度普遍偏低，这一工程地质条件差异特征，主要是由于两者巨厚松散层水文地质条件不同所至。潘集矿区松散层下部存在高水压含水层，而张集、谢桥矿区巨厚松散层下部不存在高承压含水层，而为巨厚隔水层；从而导致两者下部风氧化带含水量不同，力学性质不同。

越接近于松散层的岩层风化程度越高，换而言之，回采上限的大幅度提高会进入风氧化带岩层中，上限提的越高距离中等风化程度的岩层越近，甚至进入此风化岩层中，对煤层顶板的稳定性就非常不利，同时由于风化带岩层破碎严重，不能形成很好的隔水层也会使得顶板发生淋水甚至透水，进一步弱化顶板岩石强度，对安全开采越是不利。潘北矿东翼井筒附近风氧化带具有良好的隔水性能。

4 结论

本区煤层覆岩层尤其是80m防水煤柱内岩层多以泥质类岩层为主，岩层不易产生裂隙，岩层顶板的破坏高度大幅度降低，工作面冒落裂缝带尤其是冒落带高度还随上覆煤岩柱高度的减小，降低幅度相对增加。

泥岩和粉砂岩为主的风化带强度低，塑性大，抗变形能力强，岩石多趋泥化，能够充分抑制采动冒落裂缝带发展高度、裂隙发育程度及连通、渗透性，从而具有较强的隔水性。试验研究中发现，在同一采区，开采条件相同的情况下，上部区段覆岩破坏高度远小于下部区段，进一步证明了风化带软弱岩层具有阻止覆岩高度的发展和易恢复隔水性能。

本区西部底部含水层下部分布大范围的粘土层，粘土层以固结粘土为主，使第四系孔隙含水层与基岩含水层之间无水力联系。强风化带红层以紫红色细砂岩为主，局部夹固结粘土1-2层，基本不含水，不导水这对大大缩小防水煤柱（甚至改防水煤柱为防砂煤柱），提高上限顶水开采极为有利。

参考文献

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