■畢壘　劉榮志　馮英明（山東省煤田地質(zhì)局第一勘探隊(duì)山東棗莊277500）

淺議沉積相在煤炭地層巖石力學(xué)勘測(cè)中的作用

■畢壘劉榮志馮英明
（山東省煤田地質(zhì)局第一勘探隊(duì)山東棗莊277500）

在地球表面不同的部分所發(fā)生的自然作用(物理的、化學(xué)的和生物的)都是不問的，因此可特地球表面區(qū)分為不同的自然地理單元，每一個(gè)單元即構(gòu)成一種自然地理環(huán)境。本文提出利用沉積特征作為界定巖石力學(xué)參數(shù)標(biāo)準(zhǔn)本文提出利用沉積特征快速界定相關(guān)巖石力學(xué)參數(shù)的新方法，對(duì)礦區(qū)煤層頂板巖石力學(xué)參數(shù)的界定具有一定的實(shí)用價(jià)值。

巖石特征地層構(gòu)造三角洲沉積相分析

含煤地層巖石力學(xué)性質(zhì)直接決定了礦井圍巖的穩(wěn)定性，只有掌握巖石的力學(xué)性質(zhì)才能控制好井下巷道及工作面圍巖的穩(wěn)定，為煤礦開采提供安全保障。因以往的勘探資料沒有相關(guān)的力學(xué)參數(shù)，要搞清楚某地層巖石的力學(xué)參數(shù)，須重新勘探鉆孔，做力學(xué)實(shí)驗(yàn)，時(shí)間長(zhǎng)，費(fèi)用大。

本文提出以影響巖石力學(xué)參數(shù)性質(zhì)的沉積特征作為主要研究對(duì)象，提取出以巖石的粒度、填充膠結(jié)物的比例、孔隙情況、節(jié)理發(fā)育等，作為判斷巖層力學(xué)參數(shù)的主線，以埋藏的地質(zhì)年代、埋藏深度作為修訂因子，在定性的基礎(chǔ)上建立一種簡(jiǎn)單定量確定巖石力學(xué)參數(shù)的新方法。

1　巖層沉積特征的選擇

煤層頂板與底板成巖環(huán)境的不同，巖層的各類參數(shù)也有一定的差異。沉積巖中最重要的特征是其成分、顏色、結(jié)構(gòu)與沉積構(gòu)造，本文把沉積成巖中的對(duì)巖層力學(xué)特性影響較大、較易獲取的四個(gè)參數(shù)提取出來作為判斷巖層力學(xué)性質(zhì)的沉積參數(shù)，參數(shù)如下：1、碎屑顆粒的粒度大小。在沉積成巖的過程中，在一定的范圍內(nèi)，粒度越小，巖層越密實(shí)，巖層的硬度等力學(xué)參數(shù)越大，為了簡(jiǎn)化描述，用大、中、小來進(jìn)行表述，分別用1、2、3的數(shù)值進(jìn)行量化。2、填隙物中膠結(jié)物的比例多少。填隙物由膠結(jié)物與雜基組成，膠結(jié)物對(duì)巖石的硬度與強(qiáng)度有強(qiáng)化作用，雜基對(duì)巖石有反方向的作用，所以，膠結(jié)物的含量多少可以作為衡量巖石硬度與強(qiáng)度的參數(shù)之一，用多、中、少來描述，用3、2、1來量化。3、孔隙結(jié)構(gòu)。沉積巖層的孔隙間充填大量的氣體或液體，孔隙的大小、多少直接影響巖石的硬度與強(qiáng)度，孔隙越大、越多，巖石的硬度等特征越小。可以用多、中、少來進(jìn)行描述，用1、2、3進(jìn)行數(shù)值量化。4、節(jié)理發(fā)育情況。沉積巖節(jié)理的發(fā)育情況也直接影響巖石的硬度與強(qiáng)度，節(jié)理越發(fā)育，巖石的強(qiáng)度與硬度越低，所以可以用不發(fā)育、中、發(fā)育來描述，用3、2、1來量化。巖層沉積的四個(gè)特征，12個(gè)標(biāo)量共同組成一個(gè)沉積特征量化體系。

表1　巖石的五級(jí)分類

2　含煤地層關(guān)鍵地層與關(guān)鍵參數(shù)的選取

（1）含煤地層關(guān)鍵地層的選取。根據(jù)對(duì)采煤工作面具有重要影響作用的頂板作為關(guān)鍵層理論和對(duì)具有直接影響關(guān)鍵層的判定方法，由于對(duì)采煤工作面具有影響的巖層是有限的、可知的，并不是工作面上方的全部巖層，所有的判別方法，要對(duì)提供工作面周圍的鉆孔柱狀圖進(jìn)行關(guān)鍵層的劃分與力學(xué)參數(shù)的估算。

（2）巖層關(guān)鍵力學(xué)參數(shù)的選取。對(duì)于一個(gè)巖層各類運(yùn)動(dòng)參數(shù)的計(jì)算主要來源于抗壓強(qiáng)度、抗拉強(qiáng)度、抗剪強(qiáng)度，所以本文選擇三個(gè)主要強(qiáng)度參數(shù)為主要估算對(duì)象。

（3）巖石的五級(jí)分類法。在對(duì)巖層三大參數(shù)估算過程中，每個(gè)參數(shù)都進(jìn)行估計(jì)是不可取的，采用本文抗壓強(qiáng)度為主要分類主線、以抗拉與抗剪強(qiáng)度為輔助分類的方法，把常用的巖石劃為五個(gè)區(qū)間，每個(gè)區(qū)間代表巖石的一類軟弱強(qiáng)度，這種分類方法，本文簡(jiǎn)稱為巖石的五級(jí)分類。

依據(jù)巖石的五個(gè)級(jí)別，定性的對(duì)應(yīng)較軟、軟、中、硬、較硬五種類型，從定量的角度，分別提取各自范圍內(nèi)的中值作為定量的取值標(biāo)準(zhǔn)。依據(jù)該中值，對(duì)巖層運(yùn)動(dòng)步距公式進(jìn)行靈敏度分析，能夠滿足工程實(shí)踐的需求。

3　估算含煤地層巖石力學(xué)參數(shù)的算法

（1）巖層沉積特征定量化取值。為了達(dá)到快速、準(zhǔn)確定位巖層沉積特點(diǎn)，按照第一部分的論述，整理為表2。

表2　

（2）沉積特征選取計(jì)算方法。根據(jù)表1提供的數(shù)據(jù)及巖層的巖性描述，確定各個(gè)特征的取值，然后依據(jù)公式S=A1×A2×A3×A4進(jìn)行計(jì)算，式中A1―A4分別對(duì)巖層粒度、膠結(jié)物、孔隙、節(jié)理四個(gè)特征的取值，S為巖層的特征取值。

4　結(jié)語

任何一種巖石的力學(xué)性質(zhì)都在很寬的范圍內(nèi)變化，這些變化對(duì)工程設(shè)計(jì)及圍巖穩(wěn)定性評(píng)價(jià)造成困難。因此，本文試圖通過利用對(duì)不同巖石的沉積特征進(jìn)行定性的判斷，尋求一種以少量的簡(jiǎn)單測(cè)量便可估算巖石強(qiáng)度和其它性質(zhì)的新方法，最后通過試驗(yàn)證明該方法是可行、有效的，在粗略估算巖石力學(xué)參數(shù)方面有一定的進(jìn)展。

[1]孟召平，煤層頂板沉積巖體結(jié)構(gòu)及其對(duì)頂板穩(wěn)定性的影響[M].北京：中國(guó)礦業(yè)大學(xué).1999

[2]萬靜萍等.沉積學(xué)簡(jiǎn)明教程[M].武漢.中國(guó)地質(zhì)大學(xué)出版社.1992.

X752[文獻(xiàn)碼]B

1000-405X（2016）-1-214-1