????2.2粘土層的分布

????在第四系沉積過程中，粘土層在層面或立面上，受各種因素影響，有可能出現(xiàn)砂層的“透鏡體”或“天窗”，如果砂層的“透鏡體”含水，又直接伏于基巖之上且相互之間又能連通，則對提高開采上限是不利的因素。如果砂層的“透鏡體”相對獨(dú)立，含水性極弱底部，還有粘土層間隔，則對提高開采上限不會造成大的影響。

????2.3粘土層的物理力學(xué)性質(zhì)

????第四系底界粘土層的巖性組份決定了基塑性指數(shù)、膨脹率及壓縮性，塑性指數(shù)、膨脹率及壓縮性又決定了粘土層抗采動能力和再生隔水能力，因此，應(yīng)對粘土層的物理力學(xué)性質(zhì)進(jìn)取樣分析。

????2.4粘土層與砂層間隔沉積條件

????在第四系底界層中，要分析是以粘土為主，夾有不同厚度砂層，還是以砂層為主，夾有不同厚度粘土層。同時(shí)，分析砂層的含水性如何，以便確定開采上限是防水煤柱為主，帶是以防砂或防塌煤柱為主。另外，煤層頂板砂巖含水層及其補(bǔ)給條件也應(yīng)該一并考慮，雖然3煤頂板含水層以靜儲量為主，經(jīng)過一段時(shí)間釋放對工作面的影響大大減弱，但應(yīng)分析有無受第四系含水層補(bǔ)給的途徑和條件。

????3分析研究第四系底界粘土層的手段和方法

????為了達(dá)到相述目的和要求，必須通過綜合措施來實(shí)現(xiàn)。在實(shí)際生產(chǎn)過程中，我們結(jié)合原來已有的地質(zhì)資料，再通過井上下鉆孔許工、抽水實(shí)驗(yàn)；二維地震非線性反演、二維三分量、物理力學(xué)性質(zhì)分析等，查明了第四系底界粘土層的特性和分布規(guī)律。

????3.1地面鉆探水文補(bǔ)充勘探

????以往的礦井勘探鉆孔對現(xiàn)分階段水文分析而言，密度相對較小。在實(shí)際開采試驗(yàn)過程中，許廠、葛亭兩礦又在地面專門施工了6個(gè)鉆孔，鉆進(jìn)工程量達(dá)1592.77m，先后單孔、群孔抽水12次。補(bǔ)勘以后，基本查明了鉆孔控制區(qū)域的第四系底界粘土層的厚度、含砂情況及砂層含水情況。許廠煤礦第四系底界粘土層最度在2.77~34.22m，而粘土層較薄的區(qū)域，基巖的厚度又相對較厚，砂層含水層通過8次抽水，其單位涌水量為0.002317~0.002626L/s·m，屬弱含水層。葛亭煤礦第四系底界粘土層厚度在42~55m，砂層含水層經(jīng)過4次抽水，單位涌水量一般在0.002158~0.002636L/s·m，也屬弱含水層。該巨厚粘土層，為葛亭煤礦提到防塌煤柱創(chuàng)造了條件。

????3.2井下鉆孔補(bǔ)充勘探

????在這3個(gè)礦所有涉及提高開采上限的工作面中，均在井下布置了不同數(shù)量的仰上孔，以探明基巖的厚度、含中性、第四系底界粘土層的厚度、含砂情況等，總共施工了43個(gè)孔，總進(jìn)尺達(dá)2453m，總體達(dá)到了200m×200m鉆孔網(wǎng)度。摸清了第四系底界面的起伏狀態(tài)、基巖的厚度變化規(guī)律。

????3.3非線性二維地震反演

????第四系底界多為砂、粘土相同沉積的地質(zhì)結(jié)構(gòu)，由于兩者密度與速度的差異波阻抗則不同，其分界面上能形成反射波。非線性反演的目的是控制井間地層地質(zhì)構(gòu)造幾何形態(tài)的細(xì)微變化，利用測井資料，通過小波奇數(shù)、時(shí)頻、神經(jīng)元和分形分析，對非線性地震演參數(shù)進(jìn)行非線性標(biāo)定，結(jié)合巖層地震剖面特征，求出物性參數(shù)分布信息。許廠煤礦委托山東物探隊(duì)，通過對6條地質(zhì)剖面，結(jié)合21條地震測線，1711個(gè)物理點(diǎn)，對控制區(qū)域的速度、密度、波阻抗進(jìn)行了3種剖面反演，從面上解釋了4工作面區(qū)域的第四系底界粘土層的分布沉積規(guī)律、厚度變化規(guī)律。

????3.4二維三分量地震補(bǔ)勘

????葛亭煤礦在牽扯提高開采上限的首采區(qū)曾經(jīng)做過三維地震，通過三維地震對淺表土層的高保真處理，提高信噪比，初步確定了第四系底界粘土層是連續(xù)分布的。但為了實(shí)現(xiàn)對粘土層的精細(xì)解釋和粘土層內(nèi)的富水性定性解釋，又進(jìn)行了二維三分量地震勘探工作，完成4條濺線，266個(gè)物理點(diǎn)。綜合查明了第四系底界粘土層未見“天窗”現(xiàn)象，厚度在42~55m，整體形態(tài)為一馬鞍型，粘土層內(nèi)富水性較弱。

????3.5粘土層物理力學(xué)鑒定

????為了掌握第四系底界粘土層的物理力學(xué)性能，在地面鉆孔施工過程中，對底界粘土層先后取了16個(gè)巖芯進(jìn)行送鑒，對密度、孔隙比、液限、塑限、塑性指數(shù)、液性指數(shù)、凝聚力、膨脹率等10幾項(xiàng)指標(biāo)進(jìn)行了鑒定，總體主伙底界粘土層屬半固結(jié)膨脹飽和粘土、液性指數(shù)及膨脹率大，有良好的隔水性和再生性。

????4實(shí)施效果

????利用上述方法和手段，濟(jì)（寧）北礦區(qū)的3個(gè)礦，自1999年開始已經(jīng)先后有13個(gè)工作面進(jìn)行了提高開采上限的開采，采出壓覆煤量約558萬t。許廠煤礦在5m厚煤層綜放工作面，已經(jīng)將開采上限提高到35m左右；葛亭煤礦在煤厚8m的1307綜放工作面，利用42~55m巨厚粘土層，已經(jīng)將開采上限提高到2.89m，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益。