新疆和田普阳煤矿开采技术条件分析

鲁艳平， 祁 斌

(中国煤炭地质总局，北京 100038； 广东煤炭煤地质局勘查院，广州 510110)

0 前言

和田地区属严重缺煤地区，目前生产矿井主要分布在和田布雅矿区和杜瓦矿区内。布雅煤矿区普阳煤矿位于和田市以南120km处，煤矿向北有216省道通往和田，沿东北方向有沥青公路通往策勒县，内部有柏油公路和简易砂石路与外部沥青公路相通，交通较便利。煤矿内查明煤炭资源量约7 000万t，结合煤矿地质勘探成果，对未来开发的水文地质、工程地质、环境地质条件进行分析。

1 井田地质特征

1.1 井田地层及煤层

井田内自下而上的地层层序是：二叠系上统杜瓦组(P2d)、侏罗系下统康苏组(J1k)、侏罗系中统杨叶组(J2y)、侏罗系上统库孜贡苏组(J3k)、白垩系下统克孜勒苏群(K1kz)、古近系古新统喀什群(E1ks)、新近系中新统乌恰群(N2wq)、第四系全新统(Q4)。其中侏罗系下统康苏组(J1k)和侏罗系中统杨叶组(J2y)为井田主要含煤地层。

井田内局部可采、大部可采煤层有两层，分别为A2-2、A2-1煤层。A2-1煤层发育在康苏组的中部，煤层总厚度0.29～4.25m，平均厚度1.58m；可采厚度0.98～2.85m，平均厚度1.69m；煤层结构简单-复杂。A2-1煤层发育在康苏组的中下部，煤层总厚度0.05～11.32m，平均厚度2.88m；可采厚度0.80～8.87m，平均厚度2.44m；煤层结构简单-复杂。

1.2 矿区构造

布雅聚煤盆地属断坳陷型盆地，南部为昆仑北缘断裂，北部为铁克里克南缘断裂。盆地是在晚古生代未期拗陷基础上发展形成的中新生代拗陷盆地。二叠系构成了盆地中新生界的沉积基底。拗陷宽约30km，大部为新生界覆盖，含煤地层由东向西构成一宽缓的单斜构造，地层倾角7°～8°，深部倾角变化不大，总体比较稳定。

井田位于布雅含煤盆地的西部，为一向东南倾的单斜构造，构造简单。地层倾向60°～120°，倾角8°～12°。井田未见断层，无岩浆岩侵入。

2 矿区水文地质特征

2.1 区域水文地质概况

布雅煤矿区处于塔西南陆内拗陷带的西南部，地势呈西南高，东北低，坡度5°～10°,基本呈单斜构造。

区域属大陆性半湿润-干旱荒漠气候，四季干旱少雨，昼夜温差较大。年平均气温11.6℃，日温差大于15℃。年降雨量122.1mm，年蒸发量为2 083.7mm，降水集中在5月至9月，占全年降雨量的95%。冬天积雪厚度20～30mm。

皮夏河是区域内最大的常年性河流。发源于区域南部的昆仑山脉，河谷坡度极大，水流较急，流量不稳定，接受泉水、大气降水、高山融雪补给。洪水期发生在每年的6～8月，流量1.3～20m3/s，最大洪峰流量估计约10～20m3/s；4月流量最小为0.16m3/s，平均水期流量在0.2～0.4m3/s。年平均流量0.67m3/s，年总径流量2 112.9万m3，在区域南部横切侏罗系、二叠系。

布雅河为区域常年性河流，发源于区域北部铁克力克山脉，河水由山区泉水及降水补给，年平均流量0.47m3/s，年总径流量1 482.2万m3，在区域北部汇入玉龙喀什河。

咸水沟为一山间小溪，由泉水和降水补给，年平均流量0.008 5m3/s，季节变化较大，年总径流量27.0万m3，在区域北部注入布雅河。

2.2 井田含(隔)水层划分及参数

2.2.1 含(隔)水层划分依据

(1)根据钻孔编录资料，井田内的地层由松散岩类、半固结岩类、煤层和沉积碎屑岩类组成，侏罗系由泥岩、粉砂岩、细砂岩、粗砂岩、含砾粗砂岩及煤层以互层韵律形式组成，各种岩石的单层厚度可由数厘米变化到数米，乃至数十米。因此难以按单一岩性的岩层划分含、隔水层，只能以较大的岩性段来划分。

(2)通过钻孔简易水文地质观测，当钻进到粗砂岩、砾岩等粗碎屑岩段或局部裂隙发育的粉、细砂岩段时，钻孔内出现涌水或有大量泥浆渗失，而钻进至泥岩及粉砂岩等细碎屑岩段时，孔内水位变化不大。由此说明粗砂岩等岩石具有透水和承压性能。可将钙泥质胶结的较为疏松的砂岩及砾岩划分为含水层，这类岩石的孔隙度相对较大，裂隙相对发育，透水性、含水性相对较好，具有承压性。而将泥岩、粉砂岩等细粒相岩石视为相对隔水层。

表1 含(隔)水层划分及参数一览表

根据钻孔地质编录成果、简易水文观测和抽水试验，矿区共划分了1个透水不含水层，1个含水层及2个隔水层，参数见下表。

2.3 地下水与地表水及各含水层间的水力联系

2.3.1 地下水与地表水间的水力联系

井田内无地表径流及其它水体，但较大降水过程在局部低洼处形成暂时地表水体，能通过地表出露的侏罗系岩层的风化裂隙补给地下水，因此地下水与地表水之间，在特定的环境条件下，存在一定水力联系。而本区气候干旱，蒸发量远大于降水量，因此这种补给关系甚微，总体而言，井田地下水与地表水之间的水力联系是微弱的。

2.3.2 含水层间的水力联系

根据区域水文资料和钻孔抽水实验成果，井田范围内划分了一个透水不含水层、二个相对隔水层和一个含水层，H1含水层基于G1、G2隔水层的阻隔，仅能在有限的基岩露头区接受大气降水和T1透水不含水层的入渗补给。

2.4 地下水的化学特征

地下水化学类型属氯化物-钠·钾型水和氯化物·硫酸盐-钠钾·钙型水。总硬度1 311.46～6 301.04mg/L，矿化度5 742～29 636mg/L，pH值7.7～7.9。为中性、极硬、咸-盐水，锅垢很多，具硬沉淀物，起泡，有腐蚀性。对混凝土无分解性侵蚀，无分解结晶复合性侵蚀, 有结晶性侵蚀。不适于直接作为灌溉水源。

依据《地下水质量标准》GBT14848-1993，井田地下水属第V类水，不能直接利用。故未来井采过程中，矿井疏排水应采取相应治理措施，变废为宝。

2.5 地下水补给、径流、排泄条件

2.5.1 地下水的补给来源

区域内皮夏河、布雅河离井田较远，对井田内地层补给较弱。侏罗系露头在井田西部出露，接受大气降水补给，是井田基岩地下水的唯一补给来源，但由于降水量小，蒸发量大，降水主要消耗在蒸发上，且各含水层透水性较差，又有多层隔水层存在，从钻孔抽水试验资料水位恢复曲线上进一步证实，侏罗系地下水补给有限，因此，井田内基岩地下水补给不足，岩层含水微弱，以静储存量为主。

2.5.2 地下水的运移

井田内地下水受沉积相变的控制和制约，因单斜构造，倾向南东，地下水本应沿此方向运移，但井田内地下水受层状岩层的控制和制约，其运移方向为向岩层走向方向运移。根据井田内抽水实验的静水位标高分析：井田内地下水总体上从南西向北东方向运移。

2.5.3 地下水的排泄

井田内深切的矿坑沟谷和井田外东部的咸水沟是基岩地下水的主要排泄区。

总体来说，井田基岩地下水主要补给水源为大气降水，地下水循层运动滞缓，层间水力联系微弱，处于半封闭状态，地下水在总体上是从南西向北东循层运移，井田内深切的矿坑沟谷和井田外东部的咸水沟是基岩地下水的主要排泄区。

2.5.4 断裂构造导水性

井田构造简单，总体为单斜构造，地层倾角8°～ 12°。区内未发现大的断裂构造，即使存在小型断裂和错动，据邻近矿井井下揭露未发现涌水的情况推断，可初步断定本井田基本上不存在断层充水的可能性。

2.6 水文地质类型

综上所述，井田构造简单，无地表水流，位于井田外东北部的咸水沟最低侵蚀基准面2 460.17m，是井田基岩地下水的主要排泄区位于井田外西南部皮夏河，最低侵蚀基准面2 785.44m。据钻孔稳定水位观测，地下水标高在2 894.80～2 917.94m，井田内赋煤标高最高在+3 000m，部分煤层位于当地侵蚀基准面和地下水位以上，岩层富水性微弱，多以隔水层和弱含水层为主。故井田水文地质条件属二类一型，即以裂隙含水层为主，水文地质条件简单的矿床。未来矿床开采时，建议矿方密切关注矿井生产过程中的井下排水情况，详细收集井下水文变化情况，及时采取相应措施。做到有疑必探，先探后采，避免造成矿井突、涌水事故的发生。

3 工程地质及其他开采技术条件

3.1 工程地质特征

井田第四系含砾砂土、风成砂土出露于地表，总体结构疏松，其位于地下水水位以上，不具软化及泥化作用。地表植被零星发育，如遇暴雨，局部水流聚集于地表低洼处，易形成短暂性洪流，并夹杂少量泥沙石等，引发矿山工程地质问题。

侏罗系含煤岩系部分位于地下混合水位以下层段，岩性较复杂，岩体为层状结构，层理面较发育，局部有节理、裂隙。

A2-1煤层顶板多为灰白色粗砂岩、灰色粉砂岩，局部为灰色细砂岩、中砂岩等，饱和状态下单轴抗压强度1.60～41.50MPa，平均16.88MPa；抗张及抗剪切强度接近或略低于经验值，属不稳定型顶板；软化系数小于0.75，岩石质量等级为易软化的极软岩-较坚硬岩。未来井采A2-1号煤层，该煤层顶板导水裂隙带发育高度12.9～164.5m。可能发生块体塌落，致使易产生顶板冒落工程地质问题。其直接底板多为灰色粉砂岩、灰白色粗砂岩，局部为砂砾岩、中砂岩，饱和状态下单轴抗压强度6.90～33.80MPa，平均17.56MPa；抗张及抗剪切强度接近或略低于经验值；软化系数多小于0.75，岩石质量等级为易软化的软岩-较坚硬岩，围岩稳固性差。

井田内含煤组岩体质量指标M=0.06，岩体分类为Ⅳ类，岩体质量差。

总体上，井田工程地质类型属层状岩类中等偏复杂型。

3.2 井田瓦斯

井田内煤层瓦斯分带属于二氧化碳―氮气带或氮气―沼气带。各煤层的瓦斯含量变化无规律， CH4仅在局部聚集。在未来的生产过程中必须引起足够重视，对瓦斯应进一步测定和积累资料，对通风系统和瓦斯进行科学管理,以有效的措施,严防局部瓦斯聚集造成的瓦斯爆炸和CO2窒息事故,确保矿井安全生产。

3.3 煤尘爆炸性和煤层自燃

井田各煤层煤尘均具有爆炸性，火焰长度100～400mm，岩粉量65%～80%，在以后对矿区进行开发时应采取有效措施，及时洒水灭尘，杜绝煤尘爆炸事故的发生，确保矿井安全。

井田各煤层经色谱吸氧鉴定法测试各煤层吸氧量0.56～0.93cm3/g。属II类(自燃)、I类(容易自燃)的煤。故在今后开采过程中，应进行科学的管理并采取有效措施，预防煤的自燃，确保安全生产，在开采过程中还应及时清理残煤，防止矿井发生火灾。

3.4 地温

井田地层变温带一般在0～85m；恒温带不明显；其下为增温带，总体地温梯度1.2～1.9℃/100m，井田属于地温正常区，无热害影响。

3.5 放射性

在A1煤层局部和A2煤层下部约20～50m局部范围存在放射性异常，部分采样测试点煤层天然伽玛强度异常值为33.3Pa/kg，建议在未来矿井开拓中注意该方面的问题，做好防范措施。

4 矿区环境地质

矿区气候属于内陆中山亚干旱荒漠气候带，特点是干旱多风，寒季长、署季短，年平均气温11.6℃，日温差一般大于15℃，年降雨量122.1mm，年蒸发量为2 083.7mm，降雨量集中在五月至九月，占全年降雨量的95%，冬季积雪厚度20～30mm，区内全年有风，十二月至二月风较少，风向主要有北、北北东和南西、南南西，风力一般5级，风速一般5～10m/s，最大风力6级，风速13m/s，偶有7～8级风，沙尘暴时有发生。

干旱区的自然地理条件决定了井田地表以风蚀及风的吹扬、搬运、堆积为主导的外动力地质作用，地表大部为风积砂土覆盖，近年来，随着降雨的增多，地表陆续开始有植物生长。

地势呈东高西低、南高北低， 在自然情况下，井田内无滑坡、崩塌、泥石流、塌陷坑等不良地质灾害。全区没有塌陷坑。近年来，井田降雨量增多，可能有短暂性降水汇成洪流冲毁道路及相关建筑设施。在矿井开采过程中，宜加强对地表暂时径流的疏导和防范，防止洪水淹没矿井。

随着新建矿井的开发，特别是沿井田西北边界一带浅部煤层的开采，随着回采面积的不断扩大，由于煤层顶底板岩层稳定性较差，当井下开采后，打破了岩石原有的稳定性，自然使上覆岩层发生移动，由于冒落带和裂隙带波及地表，将导致沿走向产生大量的塌陷坑和裂缝，在今后矿山建设中应避免在采空区地段修建比较重要的建筑物，若在采空区地表修建比较重要的建筑物，应进行专门的工程地质勘探工作，以保证建筑物的安全。

和田地区处于塔里木盆地西南缘，即塔西南拗陷带的西段，是我国西北地区地震强烈活动的地区之一。据《中国地震动参数区划图》(GB18036-2001)，井田地震动峰值加速度为0.20g，地震基本烈度值为Ⅷ。应加强地震预防。

矿区内地表大面积第四系覆盖，鲜有植物分布和动物出没，矿区总体自然环境中等。

5 结论

普阳煤矿作为和田地区的重要煤产地，查明煤炭资源量约7 000万t，含煤地层为侏罗系下统康苏组和侏罗系中统杨叶组，主要可采煤层有2层。井田构造简单，水文地质条件简单，工程地质条件中等偏复杂，环境地质条件中等。煤层瓦斯局部富集，煤尘有爆炸性，煤层容易自燃，井田地温正常，煤层局部有放射性。在未来建井开采过程中应加强相关防护、治理措施，保证矿井安全生产。