嚴(yán) 其，魏樹(shù)林

(安徽煤田地質(zhì)局第一勘探隊(duì)，安徽 淮南 232001)

巖溶陷落柱作為一種結(jié)構(gòu)破碎的地質(zhì)體，是良好的儲(chǔ)水與導(dǎo)水通道。礦區(qū)內(nèi)的巖溶陷落柱存在不僅影響煤炭資源儲(chǔ)量的分布，同時(shí)影響開(kāi)采設(shè)計(jì)以及安全開(kāi)采[1-3]。對(duì)陷落柱的空間分布及柱體內(nèi)的地質(zhì)特征勘查分析，是有利于礦井生產(chǎn)勘探的重要地質(zhì)工作之一。做好陷落柱的防水煤柱留設(shè)，是有效防止礦井地質(zhì)災(zāi)害發(fā)生的基本保證。目前，礦井地震勘探雖然能初步確定陷落柱的存在，但對(duì)于陷落柱柱體的精確定位以及陷落柱的工程地質(zhì)特征的確定難以獲得有效的技術(shù)信息。因此，采用傳統(tǒng)的鉆探工程技術(shù)，尤其是輔以鉆孔水文地質(zhì)條件等方面的分析可以獲得更加精準(zhǔn)的陷落柱工程地質(zhì)條件地質(zhì)信息[4-7]。

1 礦井地質(zhì)及探查工程

1.1 礦井地質(zhì)及探查目標(biāo)

顧北礦井位于淮南煤田中部的陳橋背斜南側(cè)，主要可采煤層為二疊系下石盒子組及山西組。下伏石炭系太原組及奧陶系為富水性較強(qiáng)的灰?guī)r含水層。受背斜南北兩翼逆沖斷層與斜切斷層作用影響，礦井上覆有巨厚的新生界松散層。區(qū)內(nèi)煤礦開(kāi)采實(shí)踐表明，含煤巖系的太原組以及下伏奧陶系灰?guī)r內(nèi)巖溶陷落柱十分發(fā)育[8-9]。

根據(jù)礦井三維地震勘探結(jié)果，礦井內(nèi)發(fā)育疑似陷落柱。為進(jìn)一步確定該陷落柱的存在，掌握其空間發(fā)育特征及工程地質(zhì)特性，在地面實(shí)施了鉆探技術(shù)。設(shè)計(jì)鉆孔工程，并通過(guò)鉆孔巖心觀測(cè)與簡(jiǎn)易水文觀測(cè)手段，分析陷落柱在空間的分布特征與水文工程地質(zhì)性質(zhì)。

1.2 探查工程設(shè)計(jì)

針對(duì)該疑似陷落柱設(shè)計(jì)了4個(gè)探查鉆孔，編號(hào)為六T-1、六T-2、六T-3及六T-4。其中六T-1布置在疑似陷落柱的中心，六T-2、六T-3、六T-4孔分別布置在疑似陷落柱的邊界。試驗(yàn)施工分三個(gè)階段：首先施工六T-1、再施工六T-2、六T-3孔，最終施工六T-4孔。設(shè)計(jì)鉆孔的終孔地層層位均為奧陶系(圖1)。

圖1 探查鉆孔平面分布Figure 1 Exploring boreholes plan

2 鉆探過(guò)程及簡(jiǎn)易水文觀測(cè)

2.1 鉆探過(guò)程

2.2 簡(jiǎn)易水文觀測(cè)

除六T-1孔550.54～630.94m段和六T-2孔的545.00～845.56m段采用泥漿鉆井液外，其它鉆孔的全部鉆進(jìn)過(guò)程以及六T-1和六T-2孔部分鉆進(jìn)過(guò)程均采用清水沖洗鉆進(jìn)。各鉆孔鉆井液消耗觀測(cè)結(jié)果如表1所示。

表1 鉆井液消耗情況Table 1 Drilling fluid consumption statement

2.3 鉆孔抽水試驗(yàn)

3 陷落柱分布及工程地質(zhì)特性綜合分析

3.1 陷落柱的空間分布特性

根據(jù)鉆孔4個(gè)鉆孔的地質(zhì)與鉆探工程信息可知，該陷落柱的冒落高度差別較大。一般說(shuō)來(lái)，冒落高度最大點(diǎn)應(yīng)該是陷落柱發(fā)育的中心位置，各鉆孔消耗量增大甚至達(dá)到全漏時(shí)意味著鉆孔進(jìn)入了陷落柱冒落帶。該陷落柱內(nèi)鉆井液全漏的鉆孔深度分別為六T-1孔，550.54m，依次為六T-4孔的658.65m、六T-3孔670.90m。表明該陷落柱體發(fā)育最大高度由T-1孔，向南迅速減弱，向北、東依次緩慢減弱。

根據(jù)鉆孔所揭露的工程地質(zhì)條件差異和鉆探工程信息的差別，對(duì)比該探查點(diǎn)地震勘探圈定的疑似陷落柱的分布區(qū)域，不僅可靠地驗(yàn)證了該陷落柱的存在，進(jìn)一步確定了該巖溶陷落柱內(nèi)較差的工程地質(zhì)性質(zhì)，同時(shí)進(jìn)一步分析了對(duì)陷落柱柱體的發(fā)育高度的差異，以及陷落柱總體位置的進(jìn)一步厘定(圖2)。

表2 鉆孔抽水試驗(yàn)成果Table 2 Borehole pumping test results

圖2 陷落柱圈定示意Figure 2 A schematic diagram of subsided column delineation

3.2 陷落柱的工程地質(zhì)特性

由鉆探工程信息、水文地質(zhì)信息和地質(zhì)信息可知，探查區(qū)內(nèi)巖溶陷落柱的特征表現(xiàn)的十分顯著。由于位于巖溶空間上部巖體的陷落而造成的陷落體巖體破碎，失去原始層狀巖體的連續(xù)性和完整性。而因巖體破碎產(chǎn)生的大量裂隙從而造成鉆井液耗量的增加[13-14]。也正是由于這兩方面的因素加大了鉆探工程施工的難度，加之地下水的作用軟化了破碎巖體，從而造成鉆探巖心采取率降低的現(xiàn)象。針對(duì)該陷落柱探查布置的4個(gè)鉆孔施工情況來(lái)看，除了六T-2鉆孔的上述鉆探信息和鉆孔巖心的工程地質(zhì)正常外，其它3個(gè)鉆孔均在一定的層段表現(xiàn)為不同程度的漏水或鉆井液消耗現(xiàn)象，同時(shí)表現(xiàn)為巖心采取率低，以及卡鉆現(xiàn)象。

綜合上述水文地質(zhì)信息及鉆探工程信息，此陷落柱分布區(qū)的工程地質(zhì)條件很差，對(duì)該區(qū)的煤層安全開(kāi)采會(huì)造成較大影響。

4 結(jié)論

1)地面鉆探工程不僅可以進(jìn)一步探查地下巖溶陷落柱的空間分布，同時(shí)可以有效查明陷落柱的水文地質(zhì)與工程地質(zhì)性質(zhì)。

2)由鉆孔探查技術(shù)獲得的水文地質(zhì)及鉆探工程信息綜合分析，進(jìn)一步確定了礦井內(nèi)早期地震勘探所指出的疑似陷落柱的存在，并明確了陷落柱的分布范圍和中心位置由南向北小規(guī)模的偏移。

3)該陷落柱的冒落始于奧陶系灰?guī)r，最高冒落底層層位為二疊系駱駝脖子砂巖。冒落高度不等，柱體的南西部位冒落高度最大，

北東方向較小，總體為不對(duì)稱或傾斜的冒落體。

4)位于陷落柱上部存在一定高度的導(dǎo)水裂隙帶。陷落柱的中下部巖體破碎、結(jié)構(gòu)松散，在地下水的參與作用下工程地質(zhì)條件很差。

參考文獻(xiàn):

[1]許進(jìn)鵬, 宋 揚(yáng), 程久龍. 頂空型與頂實(shí)型陷落柱的成因與導(dǎo)水性能的差異[J].水文地質(zhì)工程地質(zhì)，2006，(1)：76-79.

[2]胡寶林.淮北煤田深部巖溶洞穴及陷落柱形成機(jī)制[J].中國(guó)煤田地質(zhì), 1997, 9(2):45-47.

[3]張春雷. 淮南煤田巖溶陷落柱(帶)特征及形成機(jī)理[D].合肥：合肥工業(yè)大學(xué),2010.

[4]李勁松,左杰海,封云杰，等. 三維地震勘探在趙莊煤礦陷落柱探查中的應(yīng)用[J].煤礦開(kāi)采,2015,05(20):15-18.

[5]于洋，尚雁文．同忻煤礦陷落柱綜合探測(cè)技術(shù)應(yīng)用[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2014，( 4) : 63-64.

[6]毛振西. 郭家山煤礦導(dǎo)水陷落柱綜合探查技術(shù)[J].煤炭科學(xué)技術(shù)2013，41(6)：110-113.

[7]周俊杰，吳澤鵬，杜振川. 煤田礦井陷落柱綜合識(shí)別技術(shù)[J].煤礦安全,2016，47(6)：74-77.

[8]閆珍. 顧桂礦區(qū)地質(zhì)異常體(巖溶陷落柱)分布及其水質(zhì)特征研究[D].合肥：合肥工業(yè)大學(xué),2013.

[9]尹尚先，武強(qiáng)，王尚旭. 華北煤礦區(qū)巖溶陷落柱特征及成因探討[J].巖石力學(xué)與工程學(xué)報(bào)[J]，2004，23(1):120-123.

[10]楊志斌. 駱駝山煤礦巖溶裂隙水抽水試驗(yàn)[J].煤礦安全,2012,11(43):41-44.

[11]劉志峰,林洪孝,許向君，等. 小范圍群井與單井抽水試驗(yàn)推求水文地質(zhì)參數(shù)的比較分析[J].地質(zhì)與勘探,2007,01(43):94-97.

[12]蘭太權(quán)，趙安仁，劉秋朝．單位涌水量與滲透系數(shù)關(guān)系的探討試驗(yàn)和應(yīng)用[J].地下水，2004，26 ( 1) : 6-10.

[13]孫立新，趙長(zhǎng)征. 多種勘探手段排查巖溶陷落柱的突水性[J].中國(guó)煤炭地質(zhì)，2017，29(5):75-77.

[14]趙慶彪，程建遠(yuǎn)，杜丙申，等．東龐礦突水陷落柱綜合探查技術(shù)[J].煤炭科學(xué)技術(shù)，2008，36( 8) : 96-100.