潘一井田地溫分布特征及影響因素

常靖靖+宋登科+許光泉

作者簡介：常靖靖（1987—），女，安徽阜陽人,安徽理工大學地球與環(huán)境學院環(huán)境工程專業(yè)碩士研究生。中圖分類號：TD727.2文獻標識碼：A文章編號：16749944(2014)05016303

1井田概況

潘一井田位于安徽省淮南市潘集區(qū)境內,井田為全隱伏煤田。據鉆探揭露,其地層自老至新有下元古界、上元古界、寒武系、奧陶系、石炭系、二疊系、三疊系、第三系、第四系［1］。潘一井田處于潘集背斜南翼及傾伏轉折端,軸跡NWW向,樞紐總體向SEE傾伏,傾伏角5°,沿走向稍有起伏。地層走向自東向西為N30°E至N60°W,傾向SE~SW,東部因樞紐傾伏,地層發(fā)生轉折成弧形致使地層走向為近南北向。井田內地層傾角由淺入深逐漸變緩(23~5°)。井田內斷層較為發(fā)育,其中以斜切張扭性斷層為主,壓扭性斷層次之。據井田內鉆探、三維地震勘探、采掘揭露資料分析,井田內落差5m以上的組合斷層84條,其中落差大于20m的斷層14條,落差10~20m的斷層19條,落差小于10m的斷層51條［2］。

2井田地溫

2.1井田地溫狀況

潘一礦勘探期間,共施有測溫鉆孔23個,其中4個鉆孔位于潘集背斜軸部。井田測溫孔可構成五條測溫剖面,鉆孔測溫匯總及分析見表1。

表1潘一礦鉆孔測溫匯總

孔號終孔

深度

/m增溫梯度

/(℃/m)增溫率

/(m/℃)松散層G全G基S全S基深度溫度主采煤層底板溫度/℃13-111-284-13深度/m溫度/℃深度/m溫度/℃深度/m溫度/℃深度/m溫度/℃深度/m溫度/℃水平溫度/℃-350

m-380

m-530

m-670

m-800

m-900

m-1000

m三3756.402.72.737.037.0238.3624.5673.2335.5740.2338.427.728.531.236.6四東21914.942.92.534.540.0267.5427.5575.5334.4642.4936.0736.7838.2804.8740.1890.3443.329.730.833.837.040.744.4四17583.072.63.338.429.8283.0927.3478.4732.7549.9435.229.530.435.4四五東1682.622.92.734.537.0286.9124.2440.5628.5512.4630.4609.7732.2671.1035.326.226.931.2四五5780.03.92.934.534.5280.3526.1535.5132.4598.5234.8696.7038.8769.8841.726426.632.9五17611.642.62.938.434.5269.0823.3539.5130.9605.3033.225.826.431.4五3809.732.92.934.534.5285.0227.0467.6231.0537.6634.0640.3538.1703.8640.9787.1942.428.829.434.540.342.3五1780.863.11.232.231.2281.2930.2350.5032.8438.3135.533.234.039.1五19819.182.42.341.648.4257.126.4672.5135.0737.3736.8828.4339.528.629.231.836.039.1五六9761.692.63.138.432.2299.5027.1347.6727.7423.7630.1528.1332.5605.6034.9710.8638.228.128.633.241.6五六11795.771.71.838.853.1276.9523.9716.0931.9782.6933.624.025.828.831.234.0六19671.283.21.631.225.0309.8225.5320.725.7288.6527.3492.4531.3588.8835.6659.8139.824.227.634.0六15908.882.42.341.643.0276.2722.5664.8231.8737.8033.6825.4735.3893.3936.925.526.029.432.535.137.0六83.145.427.027.431.034.7六七1620.062.63.238.131.2310.6123.8384.1625.7460.0928.6535.2530.5604.0739.326.027.931.1七13683.532.63.638.133.3328.0126.3492.5530.4499.6834.4673.7437.427.227.832.338.3七11751.302.72.737.037.0149.022.2673.1335.2735.9937.727.228.431.435.7七15401.482.42.441.641.6330.9624.8391.3126.335.631.4七9803.693.03.033.333.3325.7524.7494.0929.8F615.5133.4688.45七-八3608.163.14.132.224.4290.8024.1537.5033.8593.9736.526.929.234.7503659.303.33.029.833.3347.2627.6414.5930.3489.3733.5579.9536.0649.3038.328.529.734.8八-九7900.202.41.541.666.6298.6624.7642.3228.3701.0329.3809.4731.3876.4433.825.425.727.329.231.735.0構8401.423.83.826.326.3249.9430.034.4I81072.32.42.341.343.7163.3021.4727.6531.1798.4532.8874.0235.3962.1038.81044.541.423.123.627.030.233.537.040.70-I-21056.53.13.032.232.9246.0521.8717.5034.9793.7237.2867.5539.5947.7041.81032.144.524.925.629.934.038.041.044.80-61149.82.92.934.734.9194.8020.0838.737.3895.2339.3971.7041.61046.845.31133.848.323.734.428.432.436.540.043.8副構孔1080.12.72.736.937.2207.5523.6632.233.2703.3535.6757.1537.5835.6040.327.027.830.635.439.442.045.6

分析地溫成果,其特征如下:井田內地溫垂向上正常。基巖地溫相對較高,全層地溫梯度為1.7~3.9℃/m,平均2.7℃/m。基巖地溫梯度為1.2~4.1℃/m,平均2.8℃/m。根據原九龍崗礦長期觀測的地溫觀測孔資料,計算出井田恒溫帶深度為30m,溫度為16.8℃。井田北翼背斜軸部地溫高、梯度大,地溫梯度一般為30~41℃/百米,屬地溫異常區(qū);井田南翼背斜翼部地溫低、梯度小,地溫梯度一般為1.5~2.9℃/百米,屬地溫正常區(qū)。

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井田主采煤層為13-1、11-2、8、4-1和3煤層。其中13-1煤層由淺入深地溫變化于29.2~36.1℃;11-2煤層由淺入深地溫變化于29℃~46℃;8煤層由淺入深地溫變化于30.6~37.3℃;4-1煤層由淺入深地溫變化于33.1~38.0℃;3煤層由淺入深地溫變化于32.9~41.6℃。其熱害區(qū)一般對應煤層底板深度見表2。

表2主采煤層熱害分級

煤層13-111-284-13深度/m一級熱害區(qū)(≥31℃)512495424露頭以下露頭以下二級熱害區(qū)(≥37℃)878784804727599

2.2井田地溫分布規(guī)律

(1)井田各主采煤層底板溫度隨深度增加而增大。各主采煤層溫度T與埋深H成正相關,兩者之間有很好的線性相關,相關關系見表3。

表3井田主采煤層井溫與深度相關關系表

煤層ab相關關系式r13-122.60.0164T(℃)=22.6+0.0164H(m)0.6911-220.70.0208T(℃)=20.7+0.0208H(m)0.74824.30.0158T(℃)=24.3+0.0158H(m)0.584-129.00.0110T(℃)=29.0+0.0110H(m)0.50324.60.0207T(℃)=24.6+0.0207H(m)0.83

13煤層底板溫度:井田13煤層測溫深度為-71609~-3207m,底板溫度257℃~355℃,平均約315℃,大部分地區(qū)屬一級熱害區(qū)。等溫線與底板等高線趨勢較一致,并隨著底板深度的增加而增加。由于受斷層影響,地溫高低不均。13煤層底板等溫線如圖1所示。

圖113-1煤層底板等高線圖

圖2-530m水平地溫等值線

(2)井田不同水平橫向上地溫分布情況:基面井溫變化范圍為20.0~30.2℃;-350m水平井溫變化范圍為23.1~34.4℃;-380m水平井溫變化范圍為23.6~34℃;-530m水平井溫變化范圍為27.0~39.1℃;-670m水平井溫變化范圍為29.2~40.3℃;-800m水平井溫變化范圍為31.7~42.3℃;-900m水平井溫變化范圍為35.5~44.4℃;-1000m水平井溫變化范圍為40.7~45.6℃。同一水平同一煤層走向上地溫一般東部高、西部低。

井田-530m水平地溫分布:井田-530m水平地溫為27.3℃~35.4℃,平均32.08℃。從平面上看,地溫分布呈現井田北部和中部地溫較高、西部地溫較低的趨勢。-530m水平地溫等值線如圖2所示。

3地溫影響因素分析

3.1井田地溫與地質構造有關

井田地質構造比較復雜,斷層多,較大斷層處地溫高,梯度亦大。如七-八3、七1、七9孔皆處于斷層帶,地溫與梯度明顯高于正常地帶。其高低差異原因可能是受斷裂尤其是受郯蘆沉陷斷裂型的構造影響,溝通了上地幔的熱流通道,將深部熱流導入淺部致使巖溫升高。

淮南礦區(qū)新區(qū)地處潘集背斜隆起區(qū)域,由于巖層結構的變化改變了熱流方向,垂直層理方向的導熱性能小于沿層理方向的導熱性能,從而導致了井田不同地帶溫度場分布的差異,造成其地溫高的主要原因,越是靠近背斜軸部地溫越高。

3.2井田地溫與地下水溫有關

水溫高的地段地溫高,如構8、五1孔及西一采區(qū)-530m石門兩處出水點水溫35℃,地溫亦在34~35℃。

分析其原因可能是淺層地下水滲流至地下深處,與高溫圍巖進行熱交換獲取熱量,在合適地質構造條件下,高熱溫水沿通道上升到淺部,在上升通道的周圍形成局部的高溫異常帶。

3.3巖漿巖侵入對井田地溫的影響

在1、3、4-1煤層局部遭受巖漿巖侵入地段,由于巖漿余熱對地溫場的影響,局部地溫形成異常區(qū)［3］。

綜上,影響潘一礦井熱環(huán)境的因素較多,熱害程度嚴重。熱害已成為制約礦井安全生產的主要因素之一,因此必須對礦井進行熱害防治。

2014年5月綠色科技第5期4礦井熱害綜合防治措施

(1)采取開采技術及通風降溫措施,如礦井及采區(qū)合理開拓布置、選擇合理的開采方法、合理集中生產、合理增大工作面風量、采用煤層注水、濕式掘進、采空區(qū)灌漿充填及采區(qū)及時封閉等。

(2)人工制冷降溫措施。本礦井開采深度大、地溫高、開采強度高、瓦斯涌出量大。為稀釋CH4、降低氣溫所確定的風量已經較大,其配風量已接近規(guī)定的最高允許風速,故增大采掘面通風量的潛力非常有限。為從根本上治理熱害,還須采取人工制冷降溫。目前礦井已建立并啟動集中降溫系統(tǒng),以消除熱害對安全生產的影響。

5結語

潘一礦井田內地溫分布不平衡,北翼背斜軸部地溫高、梯度大,地溫梯度一般為3.0~4.1℃/m,屬地溫異常區(qū),南翼背斜翼部地溫低、梯度小、地溫梯度一般為1.5~2.9℃/百米,屬地溫正常區(qū)。井田地溫從背斜翼部向背斜軸部呈上升、梯度呈增大趨勢。同一水平同一煤層走向上地溫一般東部高,西部低;傾向上主采煤層底板地溫隨深度增加而增大,且呈線性關系。地溫分布主要受埋深影響,隨深度的增加而增加;由于井田內地質構造比較復雜,地溫分布受到褶曲和斷層的影響比較大;地下水活動對地溫分布產生一定的影響,巖漿活動的影響不大。礦井在設計、建設的過程中必須高度重視高地溫的問題,并采取相應的降溫措施。

參考文獻：

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