1、第四系底界粘土岩性对提高开采上限的影响分析第四系底界粘土岩性对提高开采上限的影响分析1 概况淄博矿业集团公司在济（宁）北矿区建成投产的许可厂、贷庄、葛亭煤矿，现在全部开采下二迭统山西组 3（3上或 3下）层煤，在矿井不同范围内，3 煤层与四系底界间距较小，局部更有煤层露头直接伏于第四系之下，开采过程中，采煤工作面的导水裂隙带可达第四系之中，受到第四系水的威胁，在建井地质报告中，上级批复的基岩防水保护煤柱为 60m，按此要求进行，防水煤柱总压覆资源里将达 3716.5 万t。为了合理开发利用煤炭资源，延长矿井服务年限，提高经济效益，自1998 年开始，各矿通过各种手段和方法，主要针对第四系底界粘
2、土层进行补充勘探，利用第四系底界粘土层与基岩共同作用作为防水煤岩柱，开展了提高开采上限研究工作。1.1 第四系沉积特点济（宁）北矿区属于济宁煤田。第四系属冲积河，湖相沉积地层，与基岩呈不整合接触。其特点：一是厚度大，存度变化也大，在许厂、岱庄、葛亭井范围内，从 127.1282.74m；二是含隔水层大多相间沉积；三是第四系沉积所处的冲积、洪积扇部位不同而富水性各有差异。济宁煤田处于泗河冲积、洪积扇前沿，第四系总厚度加厚，但砂层粒度较细，含水层变少而隔水层增多。第四系下组砂砾层含水性弱到等，砂砾层下有较稳定的厚层含水性弱到中等，砂砾层下有较稳定的厚层状粘土、砂质粘土及石膏粘土，隔离砂砾层与基岩接
3、触，使之与基岩含水层联系不密切。1.2 第四系地质水文特征按照富水性、沉积特征及岩性组合不同，第四系可划分上、中下 3 组。（1）上组：厚度 58.9173.9m，平均 98.06m。岩性以暗黄色砂质粘土及中、细粒砂为主，含砂量达 42%49.5%，透水性好，单位涌水量仍在2.2910.33L/gm，渗透系数最大可以达到 30.165m/d，本组为富水性强的孔隙含水层。（2）中组：厚度 24.5125.1m，平均 68.03m，岩性以褐色粘土及粘土质砂为主，粘土层隔水性能良好，钻孔由于长期风化，含粘土量高达25%，透水性也变弱，本组为相对隔水层。（3）下组：厚度 25.192.5m，平均 58
4、.95m，又可分为上下两段。上段：厚度 7.550.5m，平均 27.05m。岩性主要为灰白色粘土长石、石英砂砾岩，夹灰绿、灰白粘土，粘土质砂砾岩层占本段厚度的 72%。含水层主要为中细砂层，单位涌水量在 0.43!0.848L/sm，渗透透系数在 1.00114.0514m/d，属中等含水层。下段：厚度 1.463.27m，平均28.91m。岩性主要以灰绿、灰白杂色粘土岩为主，偶含固结较好的粘土质砂砾岩，底部普遍分布石膏粘土岩，粘土层占未段的 90%，厚度大且分布连续，粘土层与砂质粘土的塑料性指数为 17.731.8，单位涌水量在 0.0008780.0139L/ sm，渗透系数在 0.03
5、1250.723m/d，是良好的隔水层。下段：厚度 1.463.27m，平均 28.91m。岩性主要以灰绿、灰白杂色粘土岩为主，偶含固结较好的粘土质砂砾岩，底部普遍分布石膏粘土岩，粘土层占本段的 90%，厚度大且分布连续，粘土层与砂质粘土的塑性指数为 17.731.8，单位涌出量在0.0008780.01319L/sm，渗透系数在 0.031250.723m/d，是良好的隔水层。2 研究第四系底界粘土层的目的和要求提高开采上限的关键在于研究分析第四系底界粘土层的厚度、分布状况、物理力学性质、间隔沉积特征等，从而进一步研究新生界冲积层水透入矿井的条件、途径、与基岩含水层水力联系和制约因素。2.1
6、 粘土层的厚度第四系底界粘土层厚度大小，直接决定了开采上限提高的程度。虽然不同的煤层开采厚度、不同工艺对其有不同的要求，但只要裂隙带高度发育进入第四系时，必须按规范要求，查明其底界面起伏状态、厚度变化规律，做出等厚线图和底界面等高线图。2.2 粘土层的分布在第四系沉积过程中，粘土层在层面或立面上，受各种因素影响，有可能出现砂层的“透镜体”或“天窗”，如果砂层的“透镜体”含水，又直接伏于基岩之上且相互之间又能连通，则对提高开采上限是不利的因素。如果砂层的“透镜体”相对独立，含水性极弱底部，还有粘土层间隔，则对提高开采上限不会造成大的影响。2.3 粘土层的物理力学性质第四系底界粘土层的岩性组份决定了基塑性指数、膨胀率及压缩性，塑性指数、膨胀率及压缩性又决定了粘土层抗采动能力和再生隔水能力，因此，应对粘土层的物理力学性质进取样分析。2.4 粘土层与砂层间隔沉积条件在第四系底界层中，要分析是以粘土为主，夹有不同厚度砂层，还是以砂层为主，夹有不同厚度粘土层。同时，分析砂层的含水性如何，以便确定开采上限是防水煤柱为主，带是以防砂或防塌煤柱为主。另外，煤层顶板砂岩含水层及其补给条件也应该一并考虑，虽
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