章村矿四井2602运料巷突水点的出水位置分析

王波

摘要： 矿井突水的观测、分析和治理是保证矿井安全生产的基本前提。在面对每一次的采掘工作面有突水点时，及时对突水点的水质进行化验，并以此为据对突水点进行出水位置的分析，可以为将来的矿井安全生产提供依据和保证。

Abstract： The observation， analysis and management of mine water inrush is the basic premise to guarantee mine safety production. In the face of every mining working face with water inrush point， to test the quality of the water in water bursting point in time， and analyze the water bursting position can provide basis for mine safety production in the future.

关键词： 章村矿26采区；2602运料巷；突水点出水位置分析

Key words： Zhangcun Mine 26 mining area；2602 haul lane；water inrush point water position analysis

中图分类号：TD163 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2016）09-0119-02

0 引言

煤矿防治水工作现已成为全国煤矿安全生产中的重点工作。在矿井遇顶板突水时，通常以观测水情、化验水质来确定水害，通过分析不仅进一步明确了突水点在顶板的出水位置，而且为整个采区的水文地质条件进行了细化，为采区的安全生产提供有利的资料。但是在实际工作中往往会漏掉分析这道关键步骤。章村矿通过四井2602运料巷突水点的出水位置分析，为采区下部工作面的安全生产提供了可靠的资料，确保矿井防治水工作的顺利进行。

1 突水点及相关地层基本概况

章村矿四井2602工作面是4226采区上部第一个回采工作面，在2602运料巷掘进到位后，初始巷道无水，一个月后巷道迎头顶板开始出水，最大水量40m3/h，疏放一段时间后，水量稳定至12 m3/h。

4226采区所处的煤田属隐伏式煤田，地层划分主要依靠钻探和井巷揭露资料。根据四井4226采区地层情况，与突水点相关地层叙述如下：

1.1 石炭系（C）

1.1.1 中统本溪组（C2b） 假整合于马家沟灰岩之上，地表未出露。地层总厚3.9～28.35m，平均13.81m。中下部为灰、灰黑色铝土质泥岩，砂质泥岩，具鲕状结构，间夹细砂岩，粉砂岩。上部为一层深灰色石灰岩，含蜒科动物化石，尚较稳定，称本溪灰岩或尽头灰岩。在穿过本层位的21个钻孔中见本溪灰岩者有14孔，厚0.39～5.04m，平均3.51m。

1.1.2 上统太原组（C3 t） 总厚107.83～154.78m，平均130.00m。为灰、灰黑色砂质泥岩，泥岩与细砂岩，粉砂岩互层，间夹石灰岩4～7层，其中沉积普遍，厚度稳定者有大青、中青、伏青和野青灰岩四层，为良好标志层；其余下架、小青和一座灰岩仅局部或偶有沉积。含煤7～12层，命名为9#、8#、7#、6#、5#（煤组）、4#、3#煤，其中可开采者仅9#煤一层，局部可开采6#煤一层。本组主要标志层有：大青灰岩（标9）、中青灰岩（标8）、伏青灰岩（标7）、野青灰岩（标6）。

1.2 二叠系（P）

1.2.1 山西组（P1sh） 总厚65.06～98.67m，平均91.41m。底部常以一层灰、深灰色细、中粒砂岩或粉砂岩与太原组分界，整合接触。下部为砂质泥岩，泥岩偶夹煤线。中部以灰、深灰色中，細粒砂岩、粉砂岩为主，间夹灰黑色砂质泥岩、泥岩，含煤2～5层，命名为2下、底岔，2#、1#煤，其中2#可采，2下煤局部可采。2#煤夹矸为深灰色（晶质）水云母粘土岩是极可靠的标志层。上部为灰色砂质泥岩、泥岩，局部具泥质或菱铁质细鲕粒结构，间夹粉砂岩，细砂岩。

1.2.2 下石盒子组（P1x） 全段厚约91～128.94m，平均为114.48m。主要为灰色、灰黄色粉砂岩，砂质泥岩，含铝土质泥岩以及3～6层细中粒砂岩组成。

上部有一层50m左右的铝土质泥岩，砂质泥岩和粉砂岩，从测井曲线上自然伽玛值为10～12γ左右，形成低值段（称标1），曲线标志明显，可区别于上下各段地层，从岩性上本层顶部10m左右有一层黑色泥岩，中下部有一层灰白色浅灰绿色瓷土矿，镜下鉴定名浅灰色粘土岩，岩石由粘土矿物及高岭石，结晶很细，纤状生长的水云母组成（标2），也可区别其它各段地层。

底部为一层灰色、灰白色厚层细～中粒砂岩，称骆驼脖砂岩（标3），镜下鉴定为细粒含长石及黄铁矿石英砂岩或粗粒含岩屑石英砂岩，无论细粒或粗粒，胶结物以硅质为主，重矿物有锆石，视电阻率为高峰显示，值为160～200ΩM，伽玛值为6～10γ，较为明显，此层作为下石盒子组与山西组分界。

2 出水点附近介绍

2.1 本层煤相邻地层的标志层

2.1.1 骆驼脖砂岩（标3） 位于下石盒子组底部，为一层灰色、灰白色厚层细～中粒砂岩，镜下鉴定为细粒含长石及黄铁矿石英砂岩或粗粒含岩屑石英砂岩，无论细粒或粗粒，胶结物以硅质为主，重矿物有锆石，视电阻率为高峰显示，值为160～200ΩM，伽玛值为6～10γ，较为明显，此层作为与山西组分界。

2.1.2 瓷土矿（标2） 位于下石盒子组中部，为一层灰白色浅灰绿色瓷土矿，镜下鉴定名浅灰色粘土岩，岩石由粘土矿物及高岭石，结晶很细，纤状生长的水云母组成。

2.1.3 铝土质泥岩，砂质泥岩和粉砂岩（标1） 位于下石盒子组上部，岩性为铝土质泥岩，砂质泥岩和粉砂岩，从测井曲线上自然伽玛值为10～12γ左右，形成低值段，曲线标志明显，可区别于上下各段地层。

2.2 本层煤简述

2#煤层：为开采煤层，上距山西组顶界约40～50m。煤厚0.05～5.56m，平均1.78m，可采厚度平均1.66m。北东厚，西南薄。煤厚一般均在2.0m以上，平均2.61m，可采厚2.31m。

2.3 主要含水层

章村四井井田含水系统从上到下划分为九个含水层组，自上而下分别为：第四系砂砾石层和泥砾，二叠系下石盒子组一段砂岩、山西组2#煤顶板砂岩、太原组野青灰岩、伏青灰岩，大青灰岩、本溪灰岩、奥陶系马家沟组灰岩及燕山期闪长岩含水层，其中山西组2#煤顶板砂岩含水层为四井开采活动的直接影响含水层。

2.4 隔水层特征

石盒子组砂岩含水层和山西组砂岩含水层之间的厚度为15.45～183.12m，平均177.03m，主要成分为粉砂岩、粉砂质泥岩、铝土岩，隔水性能好。山西组砂岩含水层与野青灰岩含水层之间相距65.25～84.11m，平均71.85m，主要岩性为粉砂岩、泥岩、中细砂岩，全区分布很稳定，隔水性能好。野青灰岩含水层与伏青灰岩含水层之间相隔28.49～55.81m，平均40.21m，主要为泥岩、粉砂岩层，隔水性能尚可。伏青灰岩含水层与大青灰岩含水层之间相距32.35～50.55m，平均43.41m，主要岩性是粉、细砂岩互层夹煤层、粉砂岩、泥岩为主，隔水性能较好。大青灰岩含水层与本溪灰岩含水层之间厚25.90～47.89m，平均38.31m，主要为粉砂岩夹薄层砂岩和煤层，隔水性较好。

2.5 瓷土矿

本段瓷土矿为浅灰—灰白色，质纯，细腻具滑感粘土岩，主要矿物由纤状生长的水云母及高岭石组成，含有Fe2O3呈紫红色色斑及Fe2S而呈浅绿色，分为I级和Ⅲ级两段，矿体呈层状、似层状产出。

2.5.1 基本性质 化学特征：在主矿层以上的层位中，根据化学成份圈出多层瓷土矿Ⅲ级品矿体，总厚达20～45m，规模较大，由于铁含量较高（<1.5），Ⅲ级品矿石只能做一般陶瓷配料和装饰用瓷砖主料。沙河市瓷土矿及有关伊利石的化学成份如表1。

2.5.2 矿床成因探讨 瓷土矿的形成经过沉积及变质两个成矿阶段，属于“沉积—变质矿床”。①沉积阶段：瓷土矿主要见于下石盒子组地层中。另于山西组及上石盒子组中亦有发现。矿体呈层状，似层状，产状与围岩一致，多见于泥质岩发育的层位中，沉积构造明显，有的含有植物化石。其原岩为铝土质泥岩或高岭石粘土矿。在氧化环境中，沉积介质为中偏碱性，铝土质泥岩成份以伊利石为主，可能有蒙脱石。铁为高价状态，呈分散状或鲕状沉积于铝土岩中，使岩石带有红色。②变质阶段：铝土质泥岩沉积之后、在成岩过程中，粘土矿物因温度及压力改变产生脱水，有变质现象。重要的是燕山期岩浆侵入，发生热力变质作用；煤层由烟煤变为无烟煤；泥岩变为粘板岩、角岩；砂岩发生重结晶。铝土质泥岩中粘土矿物伊利石重结晶，随着温度增高，有的向绢云母转化。另一方面在变质过程中，由于地下热水活动，SiO2有淋失现象，Al2 O3增高，部分氧化铁为低价铁随水淋失，这些对瓷土矿起到退色“净化”作用，特别在岩体附近，退色“净化”作用强烈，铝土质泥岩成为优质瓷土矿，没有热力变质或热变质作用弱的地段瓷土矿质量差，或仍为铝土质泥岩。岩浆岩后期热液蚀变作用主要为钠长石化。次为黄铁矿化、蚀变作用强烈时，对瓷土矿质量有一定影响。沉积一变质形成的，以伊利石为主的瓷土矿，是陆相沉积的铝土质泥岩，经热力变质形成的层状、似层状瓷土矿，矿石质量好，利用价值高。

总之，瓷土矿是在内陆河间湖泊环境下、水动力条件较弱、中—酸性介质条件下形成的沉积矿床，岩浆岩变质使大部铁质流失，“净化”了矿石，提高了矿石品位。两种成矿条件缺一不可，也是本区瓷土矿分布有局限性的主要原因。

3 出水点分析

根據2602运料巷出水点的水质化验数据分析，含有大量的三价铁离子。对于地下水的地质作用，除了机械搬运，主要以化学方式进行搬运，包括真溶液和胶体溶液两种形式。对于瓷土矿中所含的铁及其化合物，可以发生以下反应：①Fe2O3：Fe2O3+6H+=2Fe3++3H2O；②Fe2S：在空气中有微量水分存在下，硫化亚铁逐渐氧化成四氧化三铁和硫，化学方程式如下：3FeS+2O2=3S+Fe3O4，另一方面在常温下四氧化三铁与稀盐酸、稀硫酸反应比较慢，溶解四氧化三铁还会消耗较多的氢离子，使氢离子浓度下降，发生反应的化学方程式Fe（FeO2）2+8H+=Fe2++2Fe3++4H2O。这也是水质呈弱碱性的一方面原因。此外，此采区底部有火成岩侵入影响，对铁的化学作用有一定的催化作用，可以进一步说明此出水点应该是流经此层瓷土矿后由于地下水的地质作用，带来一定的铁离子。

综述如上，此出水点位置应为2#煤上部80m处中粒砂岩含水层，通过断层导水进入2602运料巷。

4 结论

通过矿井生产区域内的某一或多个突水点的分析，结合相关已知的地质水文资料，可以进一步明确开采煤层在这一区域内的水文地质条件，从而指导矿井的防治水工作，把防治水工作做精做细，确保矿井的安全生产。故此，我认为在工作中要认真做好以下几点：

①对照地面探勘资料，切实了解并熟悉当前井下生产区域内的水文条件，列出防治水工作中的重点和难点； ②根据井下生产中顶板水的实际出水情况，完善并总结出该区域水文特征；③在遇顶板出水时，要及时分析水质，确定出水大概位置，为防排水工作提供可靠的依据。

参考文献：

[1]河北省地质局第一地质大队.河北省沙河县章村瓷土矿地质勘探报告[R].1965.

[2]福建省地质局科技情报室.粘土矿物及其研究方法.1982.

[3]何振芝.渡船头矿区富钾伊利石鉴别特征[J].非金属矿，1990（4）.