2.2　神东补连塔煤矿斜井工程

2.2.1　工程概况

补连塔煤矿位于内蒙古鄂尔多斯市伊金霍洛旗乌兰木伦镇境内，矿井生产能力达20Mt/a水平，是目前世界上单井生产能力最大的井工煤矿。矿井田面积为130.9km2，可采储量达1430Mt，开采实现了规模化、集约化，煤炭生产从采煤、装煤、运煤、洗煤等全过程实现了机械化和自动化，矿井整体技术装备水平居于世界先进水平。补连塔煤矿斜井主要用作辅助运输使用巷道，作为日常运行车辆的一个通道斜井总长度均为2744.54m，其中明挖段长度为26.316m、盾构段长度为2718.224m，坡度-5.5°，井筒净直径为6.6m。井筒每1000m设置一处长50m的缓冲平台，平台与斜井采用R=1500m的圆曲线顺接，在1-2煤层预留贯通联络巷道。根据地层剖面，其中穿越表土层长度约48m，白垩系志丹群长度约460m，侏罗系安定组、直罗组约1150m，侏罗系延安组约1087m。如图2-4所示。

2.2.2　地质概况

1.工程地质

井筒场地位于鄂尔多斯高原东部，受毛乌素沙漠影响，场地内地表多为第四系风积沙所覆盖，基本呈高低不平的沙丘地貌，场地内除冲沟两侧有部分基岩出露外，其余地段均为风积砂覆盖，如表2-11所示。

（1）侏罗系中下统延安组（J1-2y）

该组地层为本区的主要含煤地层，地表无出露，伏于直罗组地层之下，为一套陆相碎屑含煤构造，本次揭露最大厚度为110m，层位分布稳定。该组地层岩性为灰色、灰白色细砂岩、粉砂岩及深灰色的砂质泥岩，其次为灰白色中、粗粒砂岩、灰黑色泥岩及煤层，以上不同岩性地层呈互层状分布，局部层段岩性有相变，总体近水平状，与下伏延安组呈假整合接触关系。

该组地层中发育有近水平状黑色纹理和波状层理，局部接近煤层层段含有薄煤夹层或煤质碎屑。砂岩层多为厚层状构造，碎屑结构，泥质胶结。泥质砂岩和泥岩多为厚层状构造，泥质结构，泥质胶结。碎屑成分以石英、长石为主，含有少量云母和暗色矿物，RQD值达75％～85％，岩芯致密坚硬，敲击声脆，锤击有明显回弹，手有强烈震感，不易击碎，断面整齐。该组地层埋深大，风化程度微弱，岩体完整性好，节理裂隙发育程度轻微，物理力学强度指标较高，孔隙率较低，含水率低，岩体内可见少量压扭性错动面，此类结构面呈闭合状，规模小，连通性差，无矿物质充填或铁锰质浸染，可见清晰擦痕。本组地层含煤化植物化石较丰富，但多为不完整的植物茎、叶化石，未见完整植物化石，难辨其属种。

（2）中侏罗统直罗组（J2y）

该组地层为区内煤系地层的直接上覆地层，地表无出露，厚度约100m，层厚变化幅度不大，层位分布稳定。其岩性下部以灰绿色砂质泥岩、粉砂岩为主，局部夹有灰白色透镜体状中、粗砂岩，上部多为杂色粉砂岩、砂质泥岩，夹透镜体状褐红色砂岩，砂质泥岩内常见有灰绿色砂岩碎块，本组不同岩性地层呈互层状分布，局部岩性有相变，总体近水平状，与下伏延安组地层整合接触。

该组地层中可见近水平状层理，多为厚层状构造，碎屑结构或泥质结构，泥质胶结，砂岩碎屑成分主要为石英、长石，暗色矿物含量较高。该组地层埋深较大，风化程度微弱，其中粉砂岩、砂质泥岩物理力学指标较高，节理裂隙发育程度轻微，岩体完整性较好，孔隙率低，含水率低，可见少量压扭性错动面，此类结构面呈闭合状，大多无矿物质充填或铁锰质浸染，可见清晰擦痕，个别错动面中可见少量黄铁矿结晶体。中、粗砂岩风化程度较高，成岩性较差，岩体物理力学指标较低，岩质疏松软弱，孔隙率较高，部分层段为含水层。该组地层中未发现植物化石。

该组地层钻探过程中粉砂岩、砂质泥岩岩芯采取率较高，达80％～90％，岩芯多呈短柱状，一般长度为30～80cm，最长可达2.8m，RQD值80％～85％，岩芯较坚硬，敲击声脆，锤击有回弹，手有震感，较难击碎，断面整齐。中、粗砂岩岩性相对软弱，但其岩芯采取率较高，可达80％以上，岩芯多呈短柱状，一般长度为20～60cm，RQD值75％～80％，岩质疏松，孔隙发育，敲击声哑，锤击无回弹，手无震感，较易击碎，断面多呈不规则状，局部层位受扰动后呈散沙状，岩体内含水率高，为含水层。

（3）中侏罗统安定组（J2a）

根据钻探资料，该组地层在场地内分布厚度较小，厚度约0～30m，局部地段缺失。该组地层岩性主要为紫褐色中、粗粒砂岩，厚层状构造，碎屑结构，泥质胶结，砂岩碎屑成分以石英、长石为主，偶见细砾，粒径2～4mm，局部夹有灰绿色、杂色粉、细砂岩和砂质泥岩，可见交错层理，砂质泥岩遇水易软化崩解。该层厚度变化较大，层位分布不稳定，与下伏直罗组地层整合接触。

该组地层埋深较浅，风化作用较强，上部地层节理裂隙发育程度较高，下部较弱，岩体较为完整，物理力学性质较好，岩芯采取率较高，可达80％～85％，岩芯多呈短柱状，一般长度为15～40cm，最长可达80cm，RQD值70％～80％。岩芯敲击声不清脆，无回弹，较易击碎，浸水后，指甲可刻出印痕，断面较整齐。

（4）下白垩～上侏罗统志丹群（J3～K1zh）

该组地层在场地内分布厚度较小，在冲沟地段两侧部分出露于地表，总体趋势沿井筒中心线东段较薄，西段较厚，平均厚度约40m。岩性以棕红色中、粗粒砂岩为主，次为细粒砂岩，杂基含量较高，局部层位发育有砾岩，砾石成分主要为石英岩、花岗岩、花岗片麻岩等，与下伏安定组或直罗组呈角度不整合接触。

该组地层具大型斜层理和交错层理，厚层状构造，碎屑结构，泥质胶结，碎屑主要成分为长石、石英，颗粒次棱角状，分选中等。该组地层埋深浅，风化程度较高，节理裂隙较为发育，结构面结合差，多有矿物浸染，岩体完整性差，岩性疏松，上部地层受风化裂隙和地表水入渗影响富水性较好，为区内主要的含水地层。该组地层物理力学性质较差，强度较低，遇水易于软化崩解。

该组地层钻探过程中岩芯采取率较低，为50％～80％，局部发育有砾岩的层位取芯困难，岩芯多呈短柱状，长度一般为10～30cm，最长可达60cm，岩性相变现象较多，敲击声哑，有凹痕，无回弹，易击碎，敲击后易沿层理面裂开，工程性质较差。

（5）第四系全新统（Q4）

该地层主要为风积砂和冲洪积卵砾石层，风积砂广泛分布于地表，粒级多为细粒，多呈波状起伏沙丘，厚度为4.5～22.6m，砂质均匀，含土量较少，表层松散，由上至下密实程度逐渐提高，卵砾石层仅在煤制油排渣场处的冲沟内揭露，平均厚度约3m，碎屑成分以花岗岩、石英岩为主，砂类土充填。

各岩土层工程地质特性如表2-12所示：

续上表

2.水文地质

补连塔矿井田内分布的地表水系较少，主要水系为补连沟水系，其径流强度较低，其他水系多为季节性溪流，雨季有少量径流，枯水期干涸。区内主要的含水地层大致有五层（段）。

（1）第四系孔隙含水岩段

区内第四系松散层分布广泛，上部主要由风积砂及黄土组成，下部为不连续的泥质胶结的卵、砾石层组成，该层厚度为0～30.6m，平均厚度14.8m，岩性疏松，孔隙发育，构成第四系孔隙含水层。该层富水性较弱，属于透水层，直接受大气降水补给，地下水径流条件较好。

（2）志丹群孔隙含水岩组

区内志丹群发育较广泛，含水层厚度30.39～188.12m，平均厚度88.87m，主要由中、粗砂岩和砾岩组成。岩性垂直上变化较大，中、粗砂岩和砾岩交替出现。上部地层一般以中、粗砂岩居多，下部地层则以不同粒径的砂砾岩为主，该层富水性中等，属于弱透水岩层，且含水量有限，补给条件较差。

（3）中侏罗统顶—1-2煤层孔隙、裂隙含水岩段

区内该段地层由砂岩类、泥岩类、粉砂岩及煤层组成，厚度为45.90～206.16m，平均厚度117.57m。含水层岩性以中、粗砂岩为主，局部地段含砾岩，本段岩石孔隙、裂隙均不发育，含水层富水性弱，属于透水性极弱的岩层。

（4）1-2煤至3-1煤孔隙、裂隙含水岩段

该段地层由砂岩类、泥岩类、粉砂岩及煤层组成，厚度55.90～99.82m，平均厚度70.20m。含水层岩性以中、粗砂岩为主，其次为细砂岩，本段岩石孔隙较发育，局部存在垂直裂隙但发育较差，该含水层富水性弱，属于透水性极弱的岩层。

（5）3-1煤至延安组顶面含水岩段

该段地层由砂岩类、泥岩类、粉砂岩及煤层组成，厚度71.39～123.52m，平均厚度为91.70m。该段含水层岩性由中、细砂岩组成，局部含粗砂岩，岩石孔隙、裂隙不发育，该含水层富水性弱，属透水性极弱的岩层。

补连塔井筒穿越地层主要有第四系松散砂层度约48m，白垩系志丹群长度约460m，侏罗系安定组、直罗组约1150m，侏罗系延安组约1087m。根据各层井筒全水位降深条件，施工期间最大涌水量40.169m3/h，如表2-13所示。

2.2.3　拆机硐室工程及水文地质

（1）工程地质

根据前期地质资料描述，盾构拆机硐室位于掘进终点里程2737m位置。距离地面埋深281.1m。整个拆机硐室断面包含3种地质层，从上至下依次分别为7-7细砂岩层、2-2煤层和底部砂岩层。如图2-5所示。

7-7细砂岩层，厚度33m，青灰色，未风化状，可见近水平状黑色煤质纹层，含有少量煤化植物化石，该层底部分布有薄煤层。层状构造，碎屑结构，泥质胶结，岩体内孔隙不发育，节理裂隙发育程度轻微，岩体完整，岩体质量较好，岩体强度较高，不易击碎，有回弹，手有震感，敲击声较清脆，断口形状整齐，岩芯遇水后软化现象不明显，岩芯多呈长柱状，RQD=67％～80％。岩石饱和单轴抗压强度Rc=18.72～23.91MPa，岩石天然单轴抗压强度26.6～33.1MPa。

中侏罗下统延安组（J1-2y）2-2煤层，其煤层厚约7.3m（斜井穿越190m），埋深273.8～281.1m，此段煤层特征为黑色，厚层状构造，煤质较纯净，无夹矸，岩体内孔隙不发育，节理裂隙较发育，钻探时该层位漏浆现象严重，岩体完整性较差，岩质较软，较易击碎，断口形状不规则，岩芯采取率较低，多呈短柱状，RQD=17％～23％。岩石饱和单轴抗压强度Rc=11.11～11.37MPa。

底部砂岩层，厚度未描述，岩石饱和单轴抗压强度Rc=20.53～32.48MPa。

（2）水文地质

通过地勘资料表明，此拆机段岩石组成主要为砂岩类、泥岩类、粉砂岩和煤层，富水性弱，透水性极弱，岩石孔隙、裂隙不发育，其中1-2煤层至2-2煤层最大涌水量为2.369m3/h，此段较整条斜井而言，富水较小。