山东新巨龙矿疑似陷落柱综合探查及其水文地质特性研究

摘要

2013年1月，山东新巨龙能源有限责任公司八采区三维地震勘探工作发现在黄堂向斜中部有一个疑似陷落柱的地质异常体，走向北西，长轴约为296m，短轴约为148m，上部断陷至B层铝土层，下部至奥陶系石灰岩。为了进一步确认该陷落柱是否存在及其富水性，以及与含水层的水力联系，2014年9月对疑似陷落柱区域进行了电法勘探工作，通过分析电法断面图和切片图指出该疑似陷落柱西北部电阻率呈低阻异常特征，说明该区域裂隙发育，岩石较破碎，富水性较好；东南部电阻率值相对较高，说明该区域破碎程度相对低或胶结较好，富水性较差。综合电法和地震资料，认为该疑似陷落柱电性特征与反射波特征吻合程度较好，推断该陷落柱可信程度较高。 为查明该疑似陷落柱的属性，特别判断该疑似陷落柱的规模、含导水性，评价其对采区巷道掘进和煤层开采的影响，施工了针对该疑似陷落柱的探查孔，主要目的是通过探测地质及水文地质特性以对疑似陷落柱是否存在及属性进行合理评价。首先，单独从三维地震资料来看，确实有陷落柱的主要特征，但是，从地震资料上难以解释的是煤层反射波基本连续，这与三维地震解释的巨大的“陷落柱”是矛盾的。其次，钻探在煤层地段揭露的煤层厚度和深度正常，甚至于B层铝土也是正常的，钻探的岩心未见杂乱的层理、砾状的填充以至于方解石、铁质的浸润，仅在煤层顶部地层有一些裂隙、破碎带等，属于正常的构造影响或裂隙发育，无陷落柱的痕迹；钻探揭露的地层反过来有力地解释了三维地震、地面电法在该处出现异常的原因是由于浅部地层的破碎。最终，由钻探及地质分析得出，该陷落柱不存在，是地震的一个“低速陷阱”。 通过钻孔取芯和主要含水层的抽水试验，结合地面可控源音频大地电磁法电法勘探，对疑似陷落柱区域进行了综合水文地质特征分析，虽然电法资料确实也在该区显示出沿“疑似陷落柱”部位出现了“垂向低阻条带”，但仔细结合钻探揭露情况分析，该低阻条带是由于煤层以上的浅部地层裂隙、孔隙发育造成的，至于其呈现一个纵深的条带，乃是目前电法探测的“阴影”造成的。最终得出，该区域不受陷落柱突水威胁，沿煤层掘进时，主要受煤层顶底板“3砂水”的威胁。在此基础上，对掘进通过该区域时进行了防水煤柱和超前探查设计，保障了掘进安全地通过了该区域，同时验证了本文的研究结果。

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致谢

变量注释表

1 绪论

1.1 研究目的及意义

1.2 国内外研究现状

1.3 主要的研究内容

2 八采区疑似陷落柱三维地震探查及解释

2.1 井田概况

2.2.1 主要含水层

2.2.2 “3砂”含水层

2.3 八采区疑似陷落柱三维地震探查及解释

2.4 电法探测及解释

3 疑似陷落柱综合探查分析

3.1 钻孔主要技术要求

3.2 探查孔施工概况

4 主要地质成果及水文地质特性

4.1 钻孔揭露地层分析

4.1.1 第四系、新近系松散层

4.1.2 石盒子组

4.1.3 山西组

4.1.4 太原组

4.1.5 本溪组

4.1.6 奥陶系

4.2 钻孔水文地质特性分析

4.2.1 钻孔简易水文观测

4.2.2“3 砂”抽水试验

4.2.3 “奥灰”抽水试验

4.2.4 “三灰”抽水试验

4.3 钻孔成果总结分析

4.3.1 地层

4.3.2 构造

4.3.3 水文地质

5 疑似陷落柱属性分析

5.1.1探查孔设计

5.1.2探查孔施工情况

5.1.3探查孔水文情况分析

5.1.4探查孔地质情况分析

5.2 陷落柱的形成机理与特征

5.2.1 陷落柱的形成机理

5.2.2 陷落柱的基本特征

5.2.3 钻孔揭露典型陷落柱时的基本现象

5.2.4 典型陷落柱的物探反映

5.3 疑似陷落柱的物钻探综合分析

5.3.1 钻孔对疑似陷落柱的验证

5.3.2 探查孔对疑似陷落柱的验证

5.3.3 综合分析

5.4“疑似陷落柱”的合理解释

5.5对巷道掘进过该区域的方案及安全措施设计

5.5.1构造异常区防水煤柱设计

5.5.2 构造异常区探查设计

5.5.3 探查及井下巷道过构造异常区验证情况

6 结论及建议

6.1结论

6.2建议

参考文献

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