吴文金1,2
(1 中国矿业大学(北京)北京市海淀区,100083;2 北京工业职业技术学院,北京市石景山区,100042)
摘 要 刘桥一矿是淮北煤田陷落柱发育数量最多、面积最大的矿井,根据刘桥一矿已揭露的岩溶陷落柱的现场调查,结合以往华北煤田陷落柱资料,从刘桥一矿岩溶陷落柱发育的地质背景、岩溶陷落柱内部地质特征与水文地质特征,探讨岩溶发育特征及对岩溶陷落柱含导水性分析,对未开采区进行预测,为煤矿安全生产提供地质资料。
关键词 岩溶陷落柱 成因特征 导水分析
1.前言
刘桥一矿位于安徽省淮北市濉溪县城西刘桥镇,东距淮北市约7ｋｍ,西接河南省永夏矿区。该矿井始建于1971年12月,至1981年5月建成投产,经1985年改扩建为130万ｔ的大型矿井。矿区地层为华北地台沉积地层,井田主采煤层为二迭系下石盒子组4煤和山西组6煤,其下伏地层为太原组灰岩和巨厚层奥陶系灰岩(以下简称太灰和奥灰)。刘桥一矿自生产以来井下共揭露8个陷落柱,对矿井生产和安全造成了重大影响。为了保证岩溶陷落柱对矿井的安全与正常生产,减小岩溶陷落柱突水的危险性,有必要开展岩溶陷落柱研究工作,本文在现场的调研基础上对刘桥一矿的岩溶陷落柱发育的地质背景、岩溶陷落柱成因特征及岩溶陷落柱含导水性进行分析。
2.岩溶陷落柱发育分布特征
2.1岩溶陷落柱发育的地质背景
刘桥一矿总体上处于大吴集复向斜南部仰起端,表现为一不完整的向斜构造形态,地层倾角一般8°～15°,受构造影响倾角变化较大,矿区主要断裂构造与陈集向斜轴基本一致,总体方向为ＮＮＥ向。同时次级褶曲较为发育,总体上为一向斜构造形态,即陈集向斜,是矿区主体构造。向斜轴沿ＮＮＥ方向延伸,枢纽向ＮＮＥ向倾伏,倾伏角7°～13°,且呈波状起伏;向斜两翼不对称,东翼地层较陡,倾角一般为12°～40°,最大64°;西翼地层倾角较缓,倾角一般为6°～15°,其特点是东翼陡西翼缓,北部宽而南部窄,向斜东翼被刘桥断层切割,西翼被土楼断层切割。在两大断层之间发育着较多的次级断层,80%以上断层走向近ＮＮＥ向,与主构造线近平行。断层性质以正断层为主,占近80%。
向斜构造决定了岩溶陷落柱的空间展布,可溶性岩层是岩溶陷落柱形成的前提。刘桥一矿奥陶纪灰岩厚约450ｍ,多为灰色中厚层至厚层灰岩,质地较纯,属埋藏型深岩溶。矿区外围抽水资料显示本区太灰、奥灰水量丰富,连通性较好,水质为ＨＣＯ3-Ｃａ-Ｍｇ型,溶蚀作用较强,这些为陷落柱的形成发育创造了良好条件。
2.2矿区可溶性碳酸盐岩发育情况
刘桥矿区可溶性碳酸盐岩地层主要有寒武系、奥陶系和石炭系。区域资料表明寒武系以白云岩、白云质灰岩为主,间有薄层灰岩,岩溶发育较弱,地层总厚度约1000ｍ,距离煤系地层较远。
石炭系据本区钻孔揭露(水8、水18)地层厚度约130ｍ,为本溪组和太原组,本溪组(Ｃ2ｂ)地层厚度14ｍ左右,岩性以浅灰色到暗红色的杂色含铝泥岩为主,夹少量泥质灰岩,难以形成溶洞。太原组(Ｃ2ｔ)地层厚度115ｍ左右,岩性以深灰色的泥岩、粉砂岩及灰色砂岩为主,灰到深灰色石灰岩次之。太原组共含13层石灰岩,灰岩总厚约54ｍ,与砂、泥岩相间分布,难以形成较大溶洞。
本区奥陶系中下统发育稳定,地层厚度约500ｍ,岩性主要为碳酸盐岩,是岩溶发育的物质基础。
从水8钻孔资料看(水8进入奥灰118 89ｍ),岩性为浅灰色厚层状的石灰岩,质纯、性脆、微晶结构,局部含白云质,高角度裂隙发育,从岩性描述看主要为中统地层,其下应为马家沟组灰岩,厚度在150ｍ以上,从区域资料看是形成大型溶洞的主要层段,也是本矿产生陷落柱的根基所在。
2.3刘桥一矿陷落柱发育特征分析
刘桥一矿目前已发现8个陷落柱,巷道揭露13次,其中四层煤9次揭露,六层煤4次揭露。按揭露时间顺序分别编号为Ａ1～Ａ8,见表1。这些陷落柱至少被巷道揭露一次,有的则多次揭露,其中Ａ1被南大巷穿过。
从已揭露的8个陷落柱平面分布看(图1),可总结出如下特点。
(1)陷落柱均分布在陈集向斜轴部附近,且绝大多数发育在向斜轴的东翼;
(2)陷落柱的长轴多数基本平行于向斜轴;
(3)在陈集向斜仰起端陷落柱分布较密;
(4)陷落柱平面多呈椭圆形,个别为不规则状;
(5)陷落柱平面上大小不等,小的仅710ｍ2,大的达2 96×104ｍ2。
3.刘桥一矿陷落柱内部地质特征及水文地质特征
3.1陷落柱内部堆积物的特点
对13次巷道揭露情况和钻探情况
