１０ ｄｏｉ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７２－９９４３．２０１２．０４．００５ 能源技术与管理 ２０１２年第４期 祁南煤矿深部井筒检查孔地质条件分析 束学照 （淮北矿业勘探工程公司，安徽淮北２３５０００） ［摘 要］ 通过祁南煤矿深部井筒检查孔的施工，总结了主、副、风井井筒附近地质、水文地 质、工程地质及煤层、地温、瓦斯等地质成果，确定了井筒工程地质类型及水文地质 类型，为祁南煤矿深部井筒设计、施工提供科学技术依据。 ［关键词】深部井筒检查孔；地质特征；施工依据 ［中图分类号］ＴＤ１６３［文献标识码］Ｂ［文章编号］１６７２＿９９４３（２０１２）０４一Ｏ０１０ ３ 主检孔揭露厚度７８８ ｍ，副检孔厚度７７９ ｍ，风检 孔厚度为７９２ ｍ，平均７８６＿３ ｍ。岩性由砂岩、粉砂 １ 工程概况 祁南煤矿深部井筒检查孔位于宿州市祁县镇 境内。《井筒检查孔施工技术要求》主要目的是探 测主、副、风井井筒附近地质、水文地质及工程地 岩、泥岩及煤层组成，其中泥岩均厚４５９ ｍ，占 ５８％，粉砂岩厚１１５．３ ｍ，占１４．７％，砂岩厚２１２ ｍ， 占２７％。含１、２、３三个煤组，其中１ ２，２ 、３ 煤层可 质情况，为井筒设计、施工提供技术依据。按设计 要求，共完成钻孔３个，钻探工程量３ ９０５．３１ ｍ， 其中主检孔１ １５１．３６ ｍ，副检孑Ｌ １ ３７７．２４ ｍ，风检 孔１ ３７６．７１ ｍ。终孔层位：主检孔为３：煤下，副检 孔、风检孔为Ｋ 下。 采。下石盒子组（Ｐ２ｘ）：主检孔仅揭露该组局部，副 检孔揭露全厚度２０５ ｍ，风检孔揭露全厚１７９ ｍ。 岩性主要由砂岩、粉砂岩、泥岩及煤层组成。其中 泥岩厚８ｌ一９９ ｍ，占４５％～４９％，粉砂岩厚３３～ ３４ ｍ，占１８％，砂岩厚６１～７０ ｎｌ，占４７％。含４、６、 ７、８、９五个煤组，其中２孔揭露６ 、７煤层可采， ８、９煤（组）沉积缺失。按煤组分为两段。中、下部 富煤段：６煤层（组）至９煤下铝质泥岩，厚度９３— １２７ ｍ，平均１１２ ｍ。岩性由砂岩、粉砂岩、泥岩、铝 质泥岩和煤组成，植物化石丰富，含煤层数多，含 煤性好，是本矿井主要含煤段，含６、７、８、９四个煤 ２地质成果 ２．１ 地层 祁南煤矿深部检查孔揭露地层自上而下有： 第四系、第三系、上石盒子组、下石盒子组和山西 组（部分）。①第四系（Ｑ）：第四系厚度分别为：主 检孔９９．４５ ｍ，副检孔９９．４５ ｍ，风检孔９９．８０ ｍ，平 均厚９９．５７ ｍ。其中砂岩平均厚３２．５ ｍ，占３３％，粘 土平均厚６７．２ ｍ，占６７％。岩性由土黄色为主的细 砂、粉砂、粘土质砂及灰绿色砂质粘土、粘土组成。 第四系属河、湖相沉积，与下伏上第三系假整合接 触。②第三系（Ｎ）：第三系厚度主检孑Ｌ为２３７．４５ ｍ， 副检孔２４０．６６ｍ，风检孔为２３９２５ ｍ，平均２３９．１２ｍ。 其中砂岩平均厚７１ ｍ，占２９．７％，粘土平均厚 层（组）。底部为铝质泥岩，其颜色为浅灰白色，夹 有紫、黄、绿色花斑，具鲕状结构，鲕粒分布不均 匀，成分为菱铁质。上部含煤段：本段自６煤层 （组）以上至Ｋ 砂岩底。厚度１１０～１３０ ｍ，平均 １１４ ｍ，岩性主要由灰 深灰色泥岩、粉砂岩、浅灰 色砂岩及煤层组成。在粉砂岩和泥岩中，含较多鲕 状和姜状菱铁质结核。本段含煤性较差，仅含４煤 １６８ ｍ，占７０．３％。岩性为灰绿色及棕黄色夹棕红 色粘土、砂质粘土夹薄层粘土质砂及粉、细砂，砾 层（组），不可采。在４煤层（组）附近见较多植物化 石。山西组（Ｐ ｓ）：本次只有２孔揭露到该组上段 （１０煤层之上）２１ ３５ ｍ。岩性以泥岩为主，夹粉砂 石，粘土可塑性强；含较多钙质结核。第三系属河 流相及河湖相沉积，与下伏二叠系地层不整合接 触。③二叠系（Ｐ）：本次施工揭露二叠系厚度平均 １ ００６Ｉ３ ｍ。其中上石盒子组厚７８６．３ ｍ，下石盒子 组厚１７９～２０５ ｍ，山西组厚２１—３５ ｍ。岩性主要由 砂岩、粉砂岩、泥岩及煤层组成。上石盒子组（Ｐ ）： 岩和砂岩。泥岩厚１０～２６ ｍ，占４８％～７４％，粉砂岩 厚３ ｍ，占１２％，砂岩厚６～８ ｍ，占２８％。砂岩主要 为浅灰～灰白色细粒砂岩，具交错层理。 ２．２风氧化带 本区风氧化带岩石多呈土黄色、灰褐色，岩石 松软多为碎块状，裂隙发育强度降低，各检查孔风 ２０１２年第４期 束学照祁南煤矿深部井筒检查孔地质条件分析 １ １ 氧化带深度情况如表１所示。 表１ 各检查孔风氧化带深度情况 强，结构致密；粘土夹砾石成分不稳定隔水性能较 差，局部地带可能粘土夹砾石层隔水性能差，有 弱透水性。⑤第三含水层（组）：底板埋深１７８．９８～ １８２．３７ ｍ，平均１８１．２６ ｍ。砂层厚３７．２Ｏ～３９．８１ ｍ， 平均３８．８９ ｍ。岩性以土黄色、棕红色、灰黄色细 砂、粉砂、粘土质砂为主，夹少量粘土或砂质粘土， 砂层中主要矿物成分为石英，次为长石及云母片， ２．３构造 结构松散。据主检孔抽水试验和流量测井资料：水 位标高９．２３ ｍ，ｑ＝０．１３９ Ｌ／ｓ．ｍ，Ｋ＝Ｉ．１３９ ４ ｍ／ｄ，水质 ３个检查孔揭露２个小断层。在主检孔和风 检孔各揭露１个明显破碎带，底板深４３９．４７ ｍ，宽 ２．６０ ｍ；风检孔破碎带底板深７４１．９０ ｍ，宽６．２０ ｍ。 推断为２个落差３～５ ｍ的断层，可能是井筒附近 Ｆｓ３断层（倾角５０。一７０。、落差０～１０ ｍ）延伸所致。 ３水文地质特征 ３．１ 新生界松散层含、隔水层（组、段）划分 检查孔穿过新生界松散层深度：主检孔深度 为３３６．８５ ｍ，副检孔深度为３４０．２５ ｍ，风检孔深度 为３３８．５５ ｍ。井筒穿过地层新生界松散层可划分 出４个含水层（组）和３个隔水层（组）。自上而下 分述如下：①第一含水层（组）：底板埋深４０．１７～ ４１．２０ ｍ，平均４１．１２ ｍ。含水砂层总厚１３．５５～ １９．２０ ｍ。岩性主要由土黄色粉砂、粘土质砂、细砂 夹少量粘土或砂质粘土组成。据主检孔抽水试验 和流量测井资料，水位标高２１．３９ ｍ，涌水量ｑ＝ ０．３１０ Ｌ／ｓ．ｍ，Ｋ＝Ｉ．４０１ ｍ／ｄ，中等富水性，水质为 ＨＣＯ 一Ｃａ、Ｍｇ型水。该层砂层结构松散，含水性较 丰富，开采条件简单，该含水层（组）上部属潜水。 ②第一隔水层（组）：底板埋深７６．２３～７７．７３ ｍ，平 均７６．９２ ｍ，隔水层厚度３５．０３～３５．５８ ｍ，平均 ３５．３３ ｍ。岩性由棕黄色、浅黄色、灰绿色粘土、砂 质粘土富含钙质或铁锰质结核。该层（组）分布稳 定，能起到一定的隔水作用，局部地带由于其隔水 层较薄，有弱透水性。③第二含水层（组）：底板埋 深９９．４５～９９．９７ ｍ，平均９９．７０ ｍ。砂层厚１４．８２ ２Ｏ．９０ ｍ，平均１７．４１ ｍ。岩性以褐黄色细砂、粘土 质砂、粉砂为主，夹少量粘土或砂质粘土。据主检 孔抽水试验和流量测井资料：水位标高７．８１ ｍ， ｑ＝０．１９２ Ｌ／ｓ．ｍ，中等富水性，Ｋ＝Ｉ．７５９ ｍ／ｄ，水质为 ＨＣＯ 一Ｃａ、Ｍｇ型水。④第二隔水层（组）：底板埋深 １２０．３２～１２８．９５ ｍ，平均１２５．１５ ｍ，隔水层厚ｌ６．４３～ ２７．９１ ｍ，平均２３．１８ ｍ。岩性由土黄色、棕黄色、浅 棕红色、灰绿色粘土、粘土夹砾石组成为主，夹少 量细砂或粘土质砂。粘土类一般可塑性好，膨胀性 以ＨＣＯ 一Ｃａ、Ｍｇ型水为主，中等富水性，构成本区 松散层深层重要的承压含水层。⑥第三隔水层 （组）：底板埋深２９０．１９ ２９５．８８ ｍ，平均２９２．３７ ｍ， 隔水层厚度１０８．６２～１１３．５１ ｍ，平均１１１．１１ ｍ。主 要由棕黄色、棕红色、灰绿色粘土及钙质粘土组 成，其间夹薄层砂及粘土质砂。粘土、砂质粘土可 塑性好，膨胀性强，该层（组）分布稳定，厚度较大， 粘土类质纯，致密，可塑性好，膨胀性强，隔水性良 好，是区域及矿井内重要隔水层（组）。由于它的存 在，使其以上各含水层地下水及地表水、大气降水 与其下的煤系水失去水力联系。⑦第四含水层：底 板埋深３３６．８５～３４０．２６ ｍ，平均３３８．８２ ｍ，含水层 厚１７．９８～３４．０６ ｍ，平均２４．６０ ｍ。主要由棕黄色 砂、砂砾、砾石层和棕黄色、棕红色、灰绿色粘土及 钙质粘土组成。据主检孔对“四含”注水试验成果 资料，水位标高３．１５ ｍ，ｑ＝０．１ １０ Ｌ／ｓ．ｍ，Ｋ＝０．６４５ ｍ／ｄ， 属中等富水性。水质以ＨＣＯ 一Ｃａ、Ｍｇ型水为主。 ３．２二叠系含水层 １、３ 煤～４煤间砂岩裂隙含水层（段）：厚度为 ６０～１００ ｍ，其中 砂岩厚０～３０ ｍ。Ｋ 为灰白色中 细粒砂岩，裂隙发育不均。根据风检孔抽水试验及 流量测井成果，水位标高２．１２ ｍ，ｑ＝０．２１ １ Ｌ／ｓ．ｍ， 属中等富水性，Ｋ＝０．５４１ ｍ／ｄ。２、６煤～９煤问砂岩 裂隙含水层（段）：厚度３０ ４０ ｍ，岩性为中细砂岩 为主，夹泥岩、粉砂岩，裂隙一般不发育分布较稳 定。根据风检孔抽水试验及流量测井成果：水位标高 ２．１２ ｍ，ｑ＝０．Ｏ１ １ Ｌ／ｓ．ｍ，属弱富水性，Ｋ＝０．０２３ ｍ／ｄ。 ３．３ 井简涌水量预算 采用稳定流承压一无压完整井裘布依水量计 算公式，利用风井检查孔基岩段混合抽水试验方 法所取得的水文地质参数进行井筒涌水时预算。 主井全井筒涌水量为基岩混合含水层涌水量 ０＝１ｏ６．６９ ｍ３Ｎ。副井全井筒涌水量为基岩混合含 水层涌水量Ｑ＝１７１．５５ ｍ 。风井全井筒涌水量为 基岩混合含水层涌水量Ｑ＝１６４．７１ ｍ 。 １２ 能源技术与管理 ２０１２年第４期 ４工程地质 ４．１ 基岩工程地质特征 度约占７０％以上，粘土可塑性强，膨胀量大对井 简冻结施工十分不利；由于各井简穿过的基岩段 泥岩（软岩类）占一半以上且地压大，故祁南矿深 部主、副、风井井筒工程地质条件确定为复杂型。 根据对检查孔岩石、物理力学性质试验成果 统计分析，细砂岩的单轴抗压强度一般为５０．５～ １９６．１ ＭＰａ，平均１１１＿３ ＭＰａ，属硬岩类；粉砂岩单 ５其它地质成果 ５．１ 地温 轴抗压强度一般为２０．１ ９８．４ ＭＰａ，平均６１＿３ ＭＰａ， 属中硬岩类；泥岩、砂质泥岩、铝质泥岩单轴抗压 强度一般为７．６～９３．８ ＭＰａ，铝质泥岩，平均３５．２ ＭＰａ， 属软岩类。 ４．２井筒工程地质类型 第四系为未固结岩层，第三系为未固结或弱 固结岩层，统称为新生界松散层，松散层厚度较 本次施工，在副检孔常规测井后增加了简易 测温，结果为：最深测点１ ３７０ ｍ，温度４４．７８℃， 属二级热害区，计算地温梯度为２．１４￣／１００ ｍ，属 地温正常变化范围。 ５．２煤层发育情况 本次３个检查孔揭露可采煤层有：１ ２，２ 、３ 、６ 和７煤层，８ 煤沉缺，如表２所示。 大，一般强度较低。其中粘土层所占比例较大，厚 表２煤层发育情况 ５．３瓦斯 地层有第四系、上第三系、二叠系上、下石盒子组、 山西组。第四系、上第三系砂层松散，粘土层较厚， 粘土层可塑性强。二叠系地层以泥岩、粉砂岩为 （１）瓦斯成分：本次３个检查孔分别对揭露 的１ ２，２ 、３ 、６ 和７煤层采集瓦斯样进行分析测 试，各煤层瓦斯主要成分为ＣＨ 气体，其次为Ｎ 和ＣＯ 气体，在井筒施工和巷道开拓过程中应加强 监测，一旦发生异常要立即采取有效治理措施。 （２）瓦斯压力：主检孔３煤层瓦斯压力 主，砂岩次之。总体上岩体工程质量较差，岩性软 弱。据钻探取芯、地球物理测井、层位对比等资料 综合分析，结合检查孔附近其它钻孔成果资料，本 次施工的各检查孔层位基本正常。仅在主检孔及 风检孔各揭露１个破碎带。 １０．４６ ＭＰａ，压力梯度９．７１ ｋＰａ／ｍ；副检孔６煤层 瓦斯压力２．８８ ＭＰａ，压力梯度２．３４ ｋＰ￣ｍ；风检孔 ７煤层瓦斯压力５．７４ ＭＰａ，压力梯度４．５２ ｋＰａ／ｍ。 （３）瓦斯突出性测试成果：根据测试结果，主 （２）水文地质。本矿工业广场，井筒穿过多层 含水层，并有突水威胁，防治水工程量大，难度较 高，根据风检孔对基岩段抽水试验所获得水文地 检孔１ 、１２，２ 、３ 煤的瓦斯放散速度ＡＰ分别为 ３．２８６、３．０２３、Ｉ．７７４、２．２３４；副检孑Ｌ １、２３，３２、６ 、７煤 的瓦斯放散速度△Ｐ分别为１．５１１、２．８２５、１．３１４、 １．６４３、２．４３２；风检孔１、２ 、３ 煤的瓦斯放散速度 △Ｐ分别为１．７０、１．６０、１．５０。 （４）煤尘爆炸性测试结果：主检、副检孔各煤 层的煤尘火焰长度５０ ｍｍ，最大４００ ｍｍ，岩粉量 质参数、《煤矿防治水规定》，该矿井井筒水文地质 条件为复杂类型。 （３）工程地质及其它。松散层厚度较大，一般 强度较低，其中粘土层所占比例较大，粘土可塑性 强，膨胀量大；确定了基岩段风氧化带的深度，评 价了其工程力学性质；基岩段共划分三种类型的 岩组，即泥岩岩组、粉砂岩岩组、砂岩岩组，分别评 价了基岩体工程质量；综合评价了井筒工程地质 条件为复杂类型。 ［作者简介］ ２５％，最大８０％，均有煤尘爆炸危险性。 （５）煤的自燃倾向测试结果：主检孔和副检 孔各煤层自燃等级为Ⅱ级，属于自燃煤层。 ６主要结论 （１）地质。经钻探揭露，主、副、风井筒穿过的 束学照（１９６４一），男，安徽舒城人，工程师，毕业于陕西 煤炭工业学校，长期从事煤田地质钻探工作。 『收稿日期：２０１２—０１—１７］