顾桥矿区地温分布规律及其因素分析

王 康，姚多喜，鲁海峰，邵亚红

(安徽理工大学 地球与环境学院，安徽 淮南 232001)

顾桥矿区地温分布规律及其因素分析

王 康，姚多喜，鲁海峰，邵亚红

(安徽理工大学 地球与环境学院，安徽 淮南 232001)

基于地质学和热力学理论, 系统地分析了顾桥矿区地温变化规律及引起地温异常的影响因素, 为顾桥矿区矿井热害控制提供基础技术参数。研究表明，顾桥矿井具有显著的地温异常特征，属于高温热害矿井。纵向上顾桥矿区地温温度随深度的增加而增加，呈现良好的线性趋势，具有传导型增温特点；横向上受构造控制作用和松散层厚度影响，研究矿区呈现出西高东低的地温趋势。

顾桥矿区；地温；分布规律；地温异常；影响因素

GroundTemperatureDistributionRuleandInfluenceFactorAnalysisinGuqiaoMiningArea

随着开采深度的增加，地质条件发生急剧变化，井下工作环境的温度越来越高，导致采掘工作效率的降低，煤矿地温研究受到了国内外专家和学者的高度关注[1-5]。本文以淮南顾桥矿为例，分析研究了其地温分布规律及其影响因素，为矿井热害的防治及安全生产提供重要的参考依据。

1 井田概况

顾桥矿井的总体构造形态为单斜构造，走向南北，向东倾斜，地层相对倾斜平缓，倾角5～15°，为发育不均匀的次级宽缓褶曲和断层。矿井位于淮南煤田潘集背斜西部和陈桥背斜东翼的连接地带。

顾桥矿井标高-780m和-1000m分别为第一和第二生产水平。矿井建设时期北一采区为生产采区，现所采煤层为13-1和11-2煤，南二采区为基本的建设区域。

2 井田地温

2.1 地温参数

太阳辐射热与地球内部热相互作用达到平衡，温度常年不变的层带称之为恒温带，位于恒温带之下，主要受地球内部热流控制，温度随深度增加而增高的层带称之为增温带，用地温梯度表示，通常用每100m或1000m深度内温度增加的数值(℃/hm或℃/km)作为地温梯度，地温率是地温梯度的倒数[6]。

地温梯度为1.6～3.0℃/hm正常区，如果某地区的地温梯度>3.0℃/hm，可视为高温异常区，同时还规定原始岩温在31～37℃内的区域为一级热害区，原始岩温高于37℃的区域为二级热害区。

2.2 井田地温变化特征

顾桥矿共有测温孔15个。钻孔测温结果及地热梯度值见表1。从表1中可以看出，顾桥矿各钻孔测温深度为770～1500m，井底温度值在39.5～62.51℃。根据全国的恒温带测试参数得知研究区的恒温带深度为30m，相应的温度数值为16.8℃，计算出各孔的平均地热梯度值为2.66～3.61℃/hm，全区平均地温梯度值为3.1℃/hm，为地温高温异常区，增温率为32.25m/℃。

表1 顾桥矿钻孔地温梯度统计

顾桥矿区的地温场特征是该区地质结构与长期地质演化的反映，一般矿区随着开采深度的增加，温度也增高。选取顾桥矿区6个钻孔的近似稳态测温曲线(图1)，在纵向上，地温温度随着深度的增加而增加，呈现良好的线性趋势，具有传导型增温的特点[7]。

图1 顾桥矿区钻孔稳态测温曲线

2.3 井田地温分布

顾桥矿钻孔测温的统计结果见表2。从表2中可以看出，13-1煤层底板标高-402.93～-907.06 m，底板温度为31.53～44.22℃，11-2煤层底板标高-485.65～-929.99m，底板温度为31.91～46.60℃。水平标高-600m水平温度值为33.66～38.03℃，平均值35.44℃，31℃一级热害区标高-386.86～-510.15m，37℃二级热害区标高-568.68～-711.49m，第一开采水平-780m水平温度>37℃,进入二级热害区。

表2 顾桥矿钻孔测温结果统计

顾桥矿13-1煤层底板标高H′与温度T的相关关系见图2。两者之间具有较好的线性相关：T=-0.0252H′+20.711，相关系数R2=0.9308。顾桥矿11-2煤层底板标高H′与温度T的相关关系见图3。两者之间具有较好的线性相关：T=-0.0273H′+19.475，相关系数R2=0.8883。

图2 13-1煤底板标高与温度值相关性

图3 11-2煤底板标高与温度值相关性

3 地温异常因素分析

影响地壳浅部地温场的主要因素有岩性、构造形态、断裂构造及地下水活动等[8-10]。现对顾桥矿区引起地温异常因素进行分析。

3.1 岩石导热性对地温的影响

地球内部的热是通过岩石向外传导的。不同的岩石具有不同的传导热的能力。非晶质松软的岩石相对结晶类致密岩石具有传热慢、导热性弱、增温率大的特点。岩石导热能力的强弱通常用导热率来表示，岩石的导热率是指在单位长度热传导的方向上温度降低1℃的情况下通过岩石的热量，常见的岩石导热率见表3。

表3 常见岩石的导热率

根据收集的钻孔资料，揭示了顾桥矿新地层厚度为323.5～491.42m；在同一深度地质条件相同的情况下，上覆的新地层越厚地温也越高，这是因为新生代盖层导热性能比较差，阻碍了深部上导的热流向大气散发而积聚在煤系地层内，致使井田内地温变高。由图4可知，新生代厚度西高东低，与温度等值线图呈现的西高东低的趋势有良好的吻合性。

图4 新地层厚度等值线

煤层中煤的氧化和热解造成局部的热异常现象，煤的导热率只有0.21～0.58w/(m·℃)，比其他沉积岩低得多。本区13-1煤和11-2煤均为厚煤层，在煤层中，厚煤层对地下热的阻碍效果远比薄煤层要好，常表现出较高的温度值。

3.2 褶皱构造对地温的影响

从褶曲构造形态来看, 靠近背斜轴部地温较高[11]。因为岩石热物理性质的不同，结晶基底的岩石要比上部沉积盖层的导热率高很多，所以，在同一水平上，背斜的轴部的地温或者增温率要比向斜轴部高。顾桥井田总体构造形态为单斜构造，越靠近背斜的地方温度越高，从地温等值线图可以看出在同一标高-600m，地温等值线呈现出西高东低的变化趋势(见图5)。

图5 -600m地温等值线

3.3 地下水对地温的影响

地下水易于流动且热容量大，广泛地分布于地壳的浅部区域。其对地温场的影响最为活跃。当深部循环的水在被岩温加热以后在有利的地质条件下如通过裂缝或者断层通道得到运移，就会对通道的周围产生热异常现象。顾桥矿区在进行的太灰+奥灰+寒灰段混合抽水试验中，地下水与灰岩的联通性很好而且补给相当充沛，水温测试高达59℃。

4 结束语

通过对顾桥矿区地温变化规律及地温异常影响因素分析，得出以下结论：

(1)顾桥矿各钻孔测温深度为770～1500m，井底温度值在39.5～62.51℃，全区平均地温梯度值为3.1℃/hm，为地温异常区，增温率为32.25m/℃，顾桥矿区的地温温度随着深度的增加而增加，呈现良好的线性趋势，具有传导型增温的特点。

(2)顾桥矿第一开采水平-780m的水平温度>37℃，进入二级热害区。顾桥矿13-1煤和11-2煤层底板标高与温度具有较好的线性相关，并且采区温度都在一二级热害区范围内，热害突出。

(3)从褶曲构造形态来看，顾桥井田总体构造形态为单斜构造，增温率由背斜一翼向轴部增高，呈现的西高东低的趋势与新生代厚度西高东低有良好的吻合性。

(4)本区地温较高的原因还包括：煤的氧化和热解会造成局部的热异常现象，相对于其他沉积岩的导热率，煤的导热率要低得多。顾桥矿区，地下水与灰岩的联通性很好，而且补给相当充沛，水温测试较高。

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[责任编辑：李宏艳]

2013-11-15

10.13532/j.cnki.cn11-3677/td.2014.04.039

王 康(1989-)，男，安徽宿州人，在读硕士研究生，研究方向为水文地质与工程地质。

王 康，姚多喜，鲁海峰，等.顾桥矿区地温分布规律及其因素分析[J].煤矿开采，2014，19(4)：130-132.

TD727.2

B

1006-6225(2014)04-0130-03