李 洋，藺海霞，葉凌峰

（安徽省煤田地質(zhì)局第三勘探隊(duì)，安徽宿州234000）

安徽龍王廟煤礦工程地質(zhì)條件分析

李 洋*，藺海霞，葉凌峰

（安徽省煤田地質(zhì)局第三勘探隊(duì)，安徽宿州234000）

對(duì)龍王廟煤礦各主采煤層頂?shù)装鍘r性特征進(jìn)行了詳細(xì)分析，并做出了相應(yīng)評(píng)價(jià)。在研究本礦地層巖性、厚度及分布規(guī)律的基礎(chǔ)上，劃分了工程地質(zhì)巖組，查明了對(duì)煤層開采不利的軟弱巖組的性質(zhì)、產(chǎn)狀與分布。測(cè)定了可采煤層頂?shù)装逦锢砹W(xué)參數(shù)，詳細(xì)查明了其巖體結(jié)構(gòu)、巖體質(zhì)量，并對(duì)巖體質(zhì)量及其穩(wěn)定性做出了評(píng)價(jià)。探討了開采后工程地質(zhì)條件的可能變化。綜合評(píng)價(jià)該礦井工程地質(zhì)勘查類型為層狀碎屑巖類復(fù)雜型。

龍王廟煤礦；主采煤層；工程地質(zhì)巖組；巖體結(jié)構(gòu)；巖體質(zhì)量

龍王廟煤礦位于宿州市東南約22km，在埇橋區(qū)蘆嶺鎮(zhèn)境內(nèi)。龍王廟煤礦為全隱蔽地區(qū)，經(jīng)鉆探揭露本區(qū)地層自下而上有奧陶系中下統(tǒng)（O2l～O1m）、石炭系中上統(tǒng)（C2～C3）、二迭系（P）、新近系（E）和第四系（Q）。礦井內(nèi)可采煤層8層即：32、4、61、63、72、82、9、10，除4煤、9煤為不穩(wěn)定的局部可采煤層外，其它都是較穩(wěn)定煤層[1]。

1 可采煤層頂?shù)装褰Y(jié)構(gòu)類型

對(duì)本礦可采煤層頂?shù)装鍘r性特征進(jìn)行了分析，分析結(jié)果顯示，本礦可采煤層的頂板常分為4種類型：老頂直覆型、老頂+直接頂型、直接頂型、老頂+直接頂+偽頂型(圖1)。本礦可采煤層底板結(jié)構(gòu)可劃分為2種類型(見圖2)。根據(jù)礦井可采煤層底板巖性特征，各煤層底板均有上述2種結(jié)構(gòu)類型。

圖1 可采煤層頂板結(jié)構(gòu)典型柱狀圖

圖2 可采煤層底板結(jié)構(gòu)典型柱狀圖

2 可采煤層頂板巖體巖性類型分類

煤層頂板穩(wěn)定性主要由直接頂和老頂共同決定，由于受沉積環(huán)境的控制，煤層頂板不同巖性的巖層作有規(guī)律的組合，稱層組巖體，因此頂板巖體力學(xué)性質(zhì)及其穩(wěn)定性不是由單一巖性所能代表的，而是多層巖性的組合。從巖性角度，可將頂板巖體分為軟質(zhì)巖體、中硬巖體和硬質(zhì)巖體。

本次報(bào)告采用K值來表示頂板巖體巖性特征，即K=(h/H)×100%，式中h為賦存于煤層之一定高度(取30m)頂板巖體中各硬質(zhì)巖石厚度之和，H為賦存于煤層之上一定高度(取30m)頂板巖體總厚度，即頂板巖體中各硬質(zhì)巖體、中硬巖體和軟質(zhì)巖體厚度之和。

根據(jù)K值的大小，將可采煤層頂板巖體分為3類，即軟質(zhì)巖體、中硬巖體和硬質(zhì)巖體。

當(dāng)K≥65%時(shí)，反映在頂板巖體中硬質(zhì)巖石占主要部分，說明硬質(zhì)巖石厚度增大或?qū)訑?shù)增多，在構(gòu)造應(yīng)力的作用下或采動(dòng)影響下頂板巖體的力學(xué)性質(zhì)主要由這些硬質(zhì)巖體所決定。

當(dāng)K≥35%時(shí)，反映在頂板巖體中硬質(zhì)巖石、中硬巖石和軟質(zhì)巖石各部分大致相當(dāng)，在構(gòu)造應(yīng)力的作用下或采動(dòng)影響下頂板巖體的力學(xué)性質(zhì)主要取決于這些巖石類型的組合。

當(dāng)K＜35%時(shí)，反映在頂板巖體中軟質(zhì)巖石和中硬巖石占主要部分，說明軟質(zhì)巖石和中硬巖石厚度增大或?qū)訑?shù)增多，在構(gòu)造應(yīng)力的作用下或采動(dòng)影響下頂板巖體的力學(xué)性質(zhì)主要由這些軟質(zhì)巖石和中硬巖石所決定[2]。

本次對(duì)以上8層可采煤層頂板30m范圍內(nèi)的砂巖進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，并計(jì)算了各可采煤層的巖性特征參數(shù)K值。根據(jù)表1煤層頂?shù)装鍘r體巖性類型劃分方案，對(duì)本礦以上8層煤頂板巖性類型進(jìn)行了分類。

表1 煤層頂板巖體巖性類型表

(1)32煤層頂板巖體巖性類型。統(tǒng)計(jì)23個(gè)見煤點(diǎn)中，頂板為軟質(zhì)巖體的占61%;頂板類型為中硬巖體的占35%;頂板類型為硬質(zhì)巖體的占4%。

(2)4煤層頂板巖體巖性類型。統(tǒng)計(jì)28個(gè)見煤點(diǎn)中，頂板為軟質(zhì)巖體的占86%，頂板類型為中硬巖體的占7%，頂板類型為硬質(zhì)巖體的占6%。

(3)61煤層頂板巖體巖性類型。統(tǒng)計(jì)28個(gè)見煤點(diǎn)中，頂板為軟質(zhì)巖體的占82%，頂板類型為中硬巖體的占7%，頂板類型為硬質(zhì)巖體的占11%。

(4)63煤層頂板巖體巖性類型。統(tǒng)計(jì)28個(gè)見煤點(diǎn)中，頂板為軟質(zhì)巖體的占86%，頂板類型為中硬巖體的占4%，頂板類型為硬質(zhì)巖體的占10%。

(5)72煤層頂板巖體巖性類型。統(tǒng)計(jì)35個(gè)見煤點(diǎn)中，頂板為軟質(zhì)巖體的占57%，頂板類型為中硬巖體的占34%，頂板類型為硬質(zhì)巖體的占9%。

(6)82煤層頂板巖體巖性類型。統(tǒng)計(jì)33個(gè)見煤點(diǎn)中，頂板為軟質(zhì)巖體的占67%，頂板類型為中硬巖體的占24%，頂板類型為硬質(zhì)巖體的占9%。

(7)9煤層頂板巖體巖性類型。統(tǒng)計(jì)34個(gè)見煤點(diǎn)中，頂板為軟質(zhì)巖體的占74%，頂板類型為中硬巖體的占18%，頂板類型為硬質(zhì)巖體的占8%。

(8)10煤層頂板巖體巖性類型。統(tǒng)計(jì)41個(gè)見煤點(diǎn)中，頂板為軟質(zhì)巖體的占34%，頂板類型為中硬巖體的占37%，頂板類型為硬質(zhì)巖體的占29%。

研究表明，煤層頂板為硬質(zhì)巖體分布區(qū)，巖體以斷裂變形為主，巖體中的節(jié)理相對(duì)發(fā)育，采動(dòng)過程中沿節(jié)理易發(fā)生頂板冒落；煤層頂板為軟質(zhì)巖體分布區(qū)，層理較發(fā)育，在采動(dòng)過程中易產(chǎn)生離層破壞，頂板穩(wěn)定性相對(duì)較差。

3 可采煤層頂?shù)装鍘r石物理力學(xué)性質(zhì)

對(duì)49-2、47-48-3兩孔分別對(duì)72、82、10煤煤層頂?shù)装鍘r石進(jìn)行了取樣和物理力學(xué)性質(zhì)測(cè)試，并對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行了詳細(xì)統(tǒng)計(jì)。

本礦可采煤層頂?shù)装鍘r性中：泥巖抗壓強(qiáng)度為8.88～59.94MPa，平均25.42MPa;抗拉強(qiáng)度為0.86～4.68MPa，平均1.87MPa。粉砂巖抗壓強(qiáng)度為10.68～77.29MPa，平 均 39.33MPa;抗 拉 強(qiáng) 度 為 1.23～6.54MPa，平均2.93MPa。

細(xì)砂巖抗壓強(qiáng)度為 19.90～81.07MPa，平均53.57MPa;抗拉強(qiáng)度為1.99～5.92MPa，平均3.95MPa。

從統(tǒng)計(jì)結(jié)果可以看出:

(1)可采煤層頂?shù)装逑嗤瑤r性的物理性質(zhì)變化范圍較大，力學(xué)指標(biāo)平均值有波動(dòng)，并與其它巖石有較大范圍的交叉。

(2)不同巖石的載荷能力不同，一般是砂巖大于粉砂巖，粉砂巖大于泥巖，各種巖石的抗壓強(qiáng)度變化范圍較大，這與巖石膠結(jié)物的成分、結(jié)構(gòu)、構(gòu)造及巖石裂隙發(fā)育程度的差異有關(guān)。

(3)斷層破碎帶、風(fēng)化帶巖石由于受風(fēng)化及地下水作用的影響及構(gòu)造應(yīng)力的破壞，巖石抗壓強(qiáng)度明顯降低，表現(xiàn)為泥巖、砂質(zhì)泥巖、粉砂巖甚至砂巖的載荷能力差異不大。

4 巖石的RQD值

本次對(duì)部分鉆孔巖芯RQD值進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)（見表2）。根據(jù)RQD值對(duì)基巖巖體完整性進(jìn)行評(píng)價(jià)，同時(shí)利用公式M=Rc/30×RQD(%)對(duì)巖體質(zhì)量指標(biāo)M進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)M值可采煤層頂?shù)装鍘r體的質(zhì)量進(jìn)行分級(jí)。由此可以看出：可采煤層老頂砂巖的巖石質(zhì)量一般比直接頂?shù)膸r石質(zhì)量要好，但也有個(gè)別直接頂巖石質(zhì)量較好的現(xiàn)象。不同鉆孔同一層位同種巖性的巖石RQD值差異較大。構(gòu)造破壞、應(yīng)力擠壓、裂隙發(fā)育的地段，無論泥巖、粉砂巖，還是砂巖，RQD值都很小。

表2 RQD值統(tǒng)計(jì)及巖體質(zhì)量分級(jí)表

5 基巖風(fēng)化帶特征

本礦區(qū)基巖風(fēng)化帶底板深度193.10～332.10m，平均257.90m，厚度2.49～56.42m，平均19.68m?；鶐r風(fēng)化帶深度受巖性、構(gòu)造、地下水的流動(dòng)及古地理環(huán)境等多種地質(zhì)因素制約，基巖風(fēng)化帶厚度由煤層出露區(qū)至泥巖、粉砂巖、砂巖出露區(qū)逐漸增厚。

當(dāng)風(fēng)化帶巖性為泥巖、粉砂巖時(shí)，由于泥巖風(fēng)化后呈高嶺土狀，增加了3煤上隔水層(段)的隔水能力。當(dāng)風(fēng)化帶巖性以砂巖為主時(shí)，砂巖風(fēng)化后裂隙發(fā)育，減弱了3煤上隔水層(段)的隔水能力，同時(shí)由于砂巖風(fēng)化裂隙中含有一定數(shù)量的地下水，局部地段增加了和新生界四含之間的水力聯(lián)系。

6 結(jié)束語

綜上所述，本礦為沉積層狀礦床，巖性復(fù)雜，巖石風(fēng)化，巖溶較發(fā)育，構(gòu)造復(fù)雜，巖石破碎，煤層頂板多為軟質(zhì)巖體，頂板管理難度增大，易發(fā)生工程地質(zhì)問題。必須引起重視，做好頂?shù)装宓墓芾砉ぷ鳌?/p>

按照《礦區(qū)水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘探規(guī)范》(GB/ 12719-91)[3]中有關(guān)礦區(qū)工程地質(zhì)條件類型及復(fù)雜程度劃分的有關(guān)規(guī)定：綜合評(píng)定本礦工程地質(zhì)條件類型為層狀碎屑巖類，為復(fù)雜類型，即三類三型。

[1] 安徽省煤田地質(zhì)局第三勘探隊(duì).安徽宿州金獅礦業(yè)有限責(zé)任公司龍王廟煤礦補(bǔ)充勘查報(bào)告[R].2005.

[2]黃芳友,張文永,徐勝平.臨渙礦區(qū)界溝煤礦工程地質(zhì)條件研究[J].中國(guó)煤炭地質(zhì),2008,20(7):55-58.

[3]GB/12719-91礦區(qū)水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘探規(guī)范[S].

P2

A

1004-5716(2015)10-0139-03

2014-10-15

2014-10-16

李洋（1988-），女（漢族），河北石家莊人，助理工程師，現(xiàn)從事煤田地質(zhì)工作。