煤矿斜井井筒检查孔地质条件分析

刘文涛

【摘要】通过对柠条塔煤矿斜井井筒检查孔的施工，总结了斜井附近地质、水文地质等地质成果，确定了井筒水文地质条件及工程地质勘查类型，为井筒施工提供了可靠的地质资料。

【关键词】煤矿；斜井井筒；地质条件；含水层；地层

1地质

1.1地层

本区位于鄂尔多斯地台向斜南缘，地表大部出露第四系黄土及新近系红土，基岩零星出露于考考乌素沟等主要沟谷两侧。依据以往地质填图及钻孔揭露，区内地层由老至新依次为：三叠系上统永坪组（T3y），侏罗系中统延安组（J2y）、直罗组（J2z），新近系上新统保德组（N2b），第四系中更新统离石组（Q2l），第四系上更新统马兰组（Q3m）。现分述如下：

1.1.1三叠系上统永坪组（T3y）

本组地层为本区侏罗纪煤系地层的沉积基底。据区域资料其厚度一般在80～200m。

岩性为灰绿色巨厚层状细、中粒长石石英砂岩，夹灰绿～灰黑色泥岩、砂质泥岩。砂岩中含较多的黑云母、绿泥石矿物，分选与磨圆度中等，泥质胶结，局部含泥砾。大型板状交错层理及槽状、楔形交错层理发育，泥岩中常见有巨大的枕状、球状菱铁矿结核及包裹体，这种岩石容量相对较小、孔隙度大、含水量大、力学强度降低，对提高矿井开采有一定的积极意义。

1.1.2侏罗系中统延安组（J2y）

该组地层假整合于三叠系上统永坪组之上，是区内的含煤地层，据以往资料该地层厚度153.04～240.90m，平均213.84m；上部不同程度遭受剥蚀，考考乌素沟地段厚度较薄，东北部较厚。大部为上覆地层掩盖，仅在考考乌素沟、新民沟、石峡沟、好赖沟等沟谷中断续出露该组上部地层。本组地层系一套陆源碎屑沉积，岩性以浅灰白色中细粒长石砂岩、岩屑长石砂岩、灰～灰黑色砂质泥岩、泥岩及煤层组成，夹少量钙质砂岩、炭质泥岩及透镜状泥灰岩、枕状或球状菱铁矿及粘土岩等。泥岩类岩石粘土矿物亲水性强，水稳定性较差，抗拉强度为：0.97-3.30/1.90（5）Mpa，饱和抗压强度：16.70-39.90/31.43（3）Mpa。

1.1.3侏罗系中统直罗组（J2z）

本组地層因受后期剥蚀，煤矿内仅残存下部地层，分布于考考乌素沟以北，在考考乌素沟附近剥蚀殆尽。总体呈由东南向西北逐渐增厚趋势，残存厚度9.44～101.60m，平均55.28m。

1.1.4新近系上新统保德组（N2b）

本组地层主要黄土梁峁丘陵沟壑区下部出露，以往钻孔揭露厚度0～112.92m，一般50-70m左右。出露于沟谷上游，岩性为浅棕红色粘土、亚粘土，夹多层钙质结核层，结核层厚一般0.40m，粘土层厚度0.50～2.00m，呈互层状，结构较致密，具粘滑感，塑性好，地貌上多冲蚀为“V”型沟谷。在庙沟其底部有薄层浅灰色砾石，砾石成份复杂，砾径一般0.5～1.0cm左右。与下伏地层呈不整合接触。

1.2构造

北翼二号风井场地位于鄂尔多斯台向斜的宽缓东翼—陕北斜坡北部，各时代地层（除新生界外）为整合或假整合接触关系，煤系地层地表露头近乎水平展布，下伏煤层底板以4-10‰的坡降向西倾斜，整体上为一向西倾斜的单斜层，呈区域构造的特点，从煤层底板等高线形态看，有一些十分宽缓的波状起伏现象。煤层底板等高线有不协调现象，属聚煤时地势不平和差异压实引起。

2水文地质

2.1含水层

2.1.1第四系中更新统离石组（Q2l）黄土相对隔水层

煤矿北翼基本全区分布，大部分地段出露，连片状分布。厚度0～59.26m，一般22m左右，岩性以黄褐色亚粘土、亚砂土为主，其中夹数层灰褐色古土壤层，含大量钙质结核，局部钙质结核成层分布。土层可视为相对隔水层。

2.1.2新近系上新统（N2b）保德组红土相对隔水层

煤矿北翼基本全区分布，厚度0～107.81m，一般10～30m左右。岩性为棕红色粘土、亚粘土，多含钙质结核或夹钙质结核层。红土一般结构致密。

新近系红土夹多层钙质结核，呈不等厚互层状，钙质结核层厚度0.2～1.0m，一般0.4m，该段是隔水层中相对含水层段。当地村民在该层掘井取水，水量较小，仅供人畜饮用，矿化度0.202g/L，水化学类型为HCO3-Ca型。

2.1.3侏罗系中统碎屑岩风化裂隙含水层

该组地层分布较普遍，位于侏罗系安定组、直罗组、延安组地层顶部，均受到不同程度的风化，风化后岩石结构杂乱，松软易碎，孔隙度增大，岩石透水性增强，节理裂隙显现。岩石风化程度受出露条件和岩性影响，安定组、直罗组岩层的风化程度比延安组岩层严重。本次补勘风化层厚度一般为20～30m。其岩性由一套黄绿色、紫杂色泥岩、粉砂层和灰白色砂岩组成。

2.1.4侏罗系中统延安组（J2z～2-2煤）裂隙承压水含水层

为2-2煤层直接充水含水层，段厚度23.70～43.70m，平均35.27m。含水层厚6～37m，一般24m。以裂隙承压水为主，局部为潜水，但含水微弱。以往抽水试验成果单位涌水量0.000498～0.003739L/s·m，渗透系数0.000606～0.004777m/d，水化学类型以HCO3—Na·Ca型为主。

2.1.52-2～3-1煤层承压含水岩段

是3-1煤层直接充水含水层，本段厚度33.70～64.08m，一般50m，含水层厚5～27m，一般15m左右，据以往抽水试验成果单位涌水量0.00041～0.09L/s·m，渗透系数0.00117～0.1001m/d，水化学类型HCO3—Na·Ca与HCO3—Na型为主。

2.2井筒涌水量预测

井筒涌水量是决定井筒施工方案的重要指标。新建矿井在没有相似水文地质条件矿井可比拟的情况下，能否利用抽水试验资料提出较准确的井筒涌水量预测数据，是当前建井地质工作中较突出的问题。在井筒施工过程中，分别利用“大井”法及“水平廊道”法，根据井检孔抽水试验所取得的参数进行预计。

潜水完整井（两侧进水）公式：

（1）

承压水完整井（两侧进水）公式：

（2）

潜水完整井Dupuit公式：

（3）

（4）

（5）

式中：

Q——井筒涌水量，m3/h；K——渗透系数，m/d；H——水柱高度，m；M——含水层厚度，m；R——影响半径，m；B——巷道水平长度，m；h——动水位至底板隔水层水柱高度，m；S——水位降深，m；r0——井筒半径，m。

3结论及建议

（1）地基土层数多，强度低，含水层与隔水层相间分布，在构筑物施工开挖时应加强支护。

（2）井筒穿过侏罗系中统碎屑岩风化裂隙含水层时涌水量大，建议采用帷幕注浆的方式，对斜井周边一定范围内进行高压注浆或搅拌注浆，形成隔水墙。

参考文献：

[1]董润平，胡忠义. 煤矿井筒检查孔施工工艺探讨[J].探矿工程（岩土钻掘工程）.2012（10）

[2]丁党鹏，倪瑞. 浅谈煤矿井筒检查孔施工工艺[J].陕西煤炭.2012（06）

[3]陈增福，王淑梅. 山西乡宁惠康源矿区井筒检查孔施工设计方案[J].科技创业家.2013（13）