煤层顶板砂岩含水层富水性单因素分析

煤层顶板砂岩含水层富水性单因素分析

李新凤1，魏久传2，隋岩刚

3

（1．山东省煤田地质局物探测量队，山东泰安271021；2．山东科技大学地质科学与工程学院，山东青岛266510；

3．中国冶金地质总局山东正元地质勘查院，山东济南250014）

摘

要

该文运用岩性结构指数定量描述了煤层顶板的岩性及结构特征。采用单因素分析法，将岩性结构指数标准化，以0．2和0．7作为分区界限对1煤顶板砂岩含水层的富水性进行了分区。关键词

砂岩含水层

富水性

岩性结构指数

单因素分析

中图分类号TD745

文献标识码

A

Single Factor Analysis on Sandstone Aquifer ’s water Abundance in the Coal Seam ’s Roof

Li Xin －feng 1，Wei Jiu －chuan 2，Sui Yan －gang 3

（1．Geophysical Prospecting and Surveying Team ，Shandong Bureau of Coal Geological Exploration ，Taian Shandong ，271021，China ；

2．College of Geo Science and Eng．，SUST ，Qingdao ，Shandong 266510，China ；

3．Shandong Zhengyuan Geological Exploration Institute ，China Metallurgical Geology Bureau ，Jinan ，Shandong 250014，China ）

Abstract

The paper quantativly described the lithology and structure characteristics of the coal seam ’s roof with lithology structure index ．The paper

standardised the lithology structure index and adopted single factor analysis to classify water abundance of sandstone aquifers in the No．1coal seams ’roof by 0．2and 0．7．Key words

sandstone aquifer

water abundance

lithology structure index

single factor analysis

*收稿日期：2012－02－09

作者简介：李新凤（1986－），女，硕士研究生，毕业于山东科技大学，地质工程专业，现为山东省煤田地质局物探测量队职工。

济阳煤矿位于黄河北煤田济阳勘查区浅部，二采

区位于井田中北部，为矿井主要接续采区，其中1煤为主采煤层之一。煤层开采主要充水含水层为煤层顶板砂岩，在采区开拓和巷道掘进过程中发生多次突水事故，说明上组煤层顶板砂岩具有良好的富水性，对上组煤开采构成一定的威胁。本文采用单因素分析法对煤层顶板砂岩含水层的富水性进行了评价。预测、评价煤层顶板砂岩含水层的富水性，有助于制定合理的水害防治措施，保障采区的安全高效生产。1

研究范围

综合考虑二采区范围内开采煤层厚度、采深及采用的开采技术等因素，开采后的导水裂隙带高度内的砂岩含水层是主要含水层。1煤顶板导水裂隙带高度约为20m ，为了安全考虑，留20m 的保护层带，则1煤顶板的研究范围为40m 。在二采区，该范围内砂岩厚度变化于14．95 51．28m 之间，平均31．08m 。2

煤层顶板岩性及结构特征

砂岩含水层赋存于以砂泥岩组合而成的岩系中，砂

岩颗粒越粗、

砂岩层越厚，则富水性往往越好。砂岩厚度是影响地下水赋存的重要因素，厚度大可储水空间大，反之，厚度小则可储水空间小。砂岩和泥岩如果交互出现，则大大限制了砂岩含水层中构造裂隙的延展性和不同砂

岩含水层段之间的水力联系，对砂岩富水不利［5］

。

考虑煤层顶板的岩性及结构特征对于富水性的影响，本文采用岩性结构指数来描述煤层顶板岩性及结构特征。岩性结构指数计算方法为：将中砂岩、细砂岩、灰岩、岩浆岩、断层破碎带等的厚度分别乘以一个等效系数，从而折算成粗砂岩的厚度，然后再乘以结构系数。结构系数是指由岩层砂泥组合结构所决定的系数。当岩层中砂岩总厚度大于80%时，结构系数为1；当砂岩总厚度大于55%，小于等于80%时，结构系数为0．8；当砂岩总厚度大于45%，小于等于55%时，结构系数为0．6；当砂岩总厚度大于20%，小于等于45%时，结构系数为0．4；当砂岩总厚度小于等于20%时，结构系数为0．2。

岩性结构指数计算公式如下：

L =（a ˑ1+b ˑ0．8+c ˑ0．6+d ˑ0．6+e ˑ0．2+f ˑ1）ˑg

（1）

式中：L －岩性结构指数；

a 、

b 、

c 、

d 、

e 、

f －含水介质厚度，分别为粗砂岩、中砂岩、细砂岩、灰岩、岩浆岩、断层破碎带的厚度；

g －结构系数。

根据采区及其邻近的17个钻孔的资料，利用式

（1）计算了1煤顶板岩性结构指数。在采区内，1煤顶板40m范围内岩性结构指数变化于4．00 43．35m之间，平均16．63m。

3单因素分析法富水性预测

煤层顶板岩性及结构特征对含水层富水性的影响很大。

岩性结构指数可以用来表示煤层顶板岩性及结构特征。岩性结构指数考虑了砂岩颗粒大小、不同介质富水性差异、岩性组合结构对于富水性的影响，因此可用它的大小来评价含水层富水性程度。为了便于对含水层进行富水性分区，本次研究将岩性结构指数标准化后再按一定标准进行分区。标准化的方法很多，本文采用极差标准化公式将原始数据标准化［3］：

x'

ik

=

x

ik

－min｛x

ik

｝

max｛x

ik

｝－min｛x

ik

｝

（2）

式中：x

ik

－某因子的原始数据，max｛x

ik

｝（或min｛x

ik

｝）表示同一因子原始数据中的最大（或最小）值。

在含水层中，岩性结构指数值越大，砂岩厚度越大，岩性组合结构好，则富水性强；本次研究根据以下标准对砂岩含水层进行富水性分区：当结构指数大于0．7时，为富水性强区；当结构指数在0．2 0．7之间时，为富水性中等区；当结构指数小于0．2时，为富水性弱区。

（上接第127页）

33

上

综放工作面对底板夹矸损伤测试研究方法

为了解3

上煤层开采后底板的破坏深度及对3

下

煤层

巷道的影响，采用钻孔摄像仪观测钻孔内孔壁的裂隙发育程度，顶板钻孔摄像地点选择在73

下

05轨道巷夹矸厚

度约5m处，距离73

上

05工作面停采线200m位置，向顶板施工直径为Φ42mm的铅垂钻孔，然后将摄像仪深入到钻孔内每隔0．1m摄取1张照片，根据图片上的裂纹成像的密度和裂纹大小，判断岩石的损伤状况。

43

上

煤层开采对底板破坏状况的测试

从73

下

05工作面轨道巷施工的摄像钻孔图像如图3所示。

根据钻孔摄像，可以看出当钻孔深度小于1m时，岩层损伤破碎较为严重，说明该范围临近巷道表面，曾经经历了强大的支承压力作用；钻孔深度为1 3．5m 钻孔孔形完好，没有节理和裂隙出现，说明岩层未遭受破坏；钻孔深度大于3．5m时，钻孔孔壁出现倾斜节理；钻孔深度大于4．5m时，岩性松软，较为破碎。通过分

析确定3

上

煤开采造成的底板破坏开始影响的深度约为1．5m，显著影响深度约0．5m。

5试验研究结论

根据钻孔摄像，可以分析确定3

上

煤开采造成的底板破坏开始影响的深度约1m，显著影响深度约0．5m。

73

下

05工作面煤层分岔区域回采巷道顶板有近4m厚岩层未受采动影响，如果加以保护，可以作为巷道的稳定顶板，支护方式可选用锚网索或桁架锚索支护。

参考文献：

［1］杨更社．岩石损伤检测技术及其进展［J］．长安大学学报，2003

，

图3不同深度的钻孔摄像截图

（06）

［2］彭瑞东，刘红彬，王建强等．岩石损伤检测技术的研究进展［J］．岩矿测试，2007，（01）

［3］周涛，刘长友，杨伟等．煤层夹矸对采场应力分布的影响［J］．煤炭技术，2011，（09）

［4］焦义伟，崔建斌．下分层托夹矸综采工艺回采研究［J］．科技信息，2010，（08）