呂建祥

（山西省煤炭地質(zhì)148勘查院，山西 太原 030053）

太原西山煤田馬蘭煤礦位于西山煤田中南部的馬蘭向斜中南段，受其控制，井田地層走向近南北，往西則轉(zhuǎn)為北西—南東向，向斜西翼地層較陡，東翼地層較緩，傾角一般小于10°。在此基礎(chǔ)上伴隨著一些次級(jí)褶皺及斷層，區(qū)內(nèi)斷裂構(gòu)造不發(fā)育，僅在本區(qū)西部和東部發(fā)育有幾處斷裂，均為正斷層。煤系地層主要為碎屑巖及碎屑巖夾碳酸鹽巖沉積。為查明井田的工程地質(zhì)條件，了解主要可采煤層頂?shù)装宓墓こ痰刭|(zhì)特征，了解10號(hào)煤層至O2界面間隔水層特征，為帶壓開采提供工程地質(zhì)資料，對(duì)該礦MR-1、MR-4號(hào)鉆孔工程地質(zhì)編錄資料及176組巖石力學(xué)樣進(jìn)行了系統(tǒng)分析。在主要可采煤層頂?shù)装迨苡绊懙姆秶鷥?nèi)巖石主要由細(xì)—粗粒砂巖、砂質(zhì)泥巖、泥巖、粉砂巖、石灰?guī)r等組成。巖石一般裂隙不發(fā)育，構(gòu)造破壞地段裂隙發(fā)育。在剖面上巖性變化較大，結(jié)構(gòu)主要為層狀。研究區(qū)位于太原西山煤田中部古交市西南，北部與鎮(zhèn)城底礦相鄰。區(qū)內(nèi)新生界松散沉積物，包括第三系上新統(tǒng)紅土、第四系中、上更新統(tǒng)黃土、第四系全新統(tǒng)近代沖積層，不整合于石炭系、二疊系基巖之上，厚度變化大，鉆孔所揭露的厚度最大為125.07m（535號(hào)孔）。第三系上新統(tǒng)、第四系中、上更新統(tǒng)廣泛分布于山頂、山坡，主要由粘土、砂質(zhì)粘土組成，黃土垂直節(jié)理發(fā)育。第四系全新統(tǒng)主要由砂、礫石等組成，僅分布于較大的溝谷中。

1 可采煤層頂?shù)装鍘r性及物理力學(xué)性質(zhì)

井田內(nèi)6層可采煤層，2+3號(hào)煤層直接頂板為砂質(zhì)泥巖，老頂為中—細(xì)粒砂巖，厚2m左右，底板多為泥巖、炭質(zhì)泥巖，井田內(nèi)2、3號(hào)煤層間距較小，巖性為炭質(zhì)泥巖，按合并對(duì)待，含1～3層夾石，多為1層。頂板綜合抗壓強(qiáng)度22.2MPa；底板綜合抗壓強(qiáng)度21.9MPa。4號(hào)煤層結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，一般含1層夾石。頂板為泥巖或細(xì)砂巖，底板為細(xì)砂巖或粉砂巖。頂板抗壓強(qiáng)度22.2MPa；底板抗壓強(qiáng)度10.1～21.9MPa。6號(hào)煤層頂板為砂質(zhì)泥巖或粉砂巖，底板為中、細(xì)砂巖，多含1層夾石，且上分層厚下分層薄。頂板抗壓強(qiáng)度10.1～27.0MPa；底板抗壓強(qiáng)度9.2～22.8MPa。8號(hào)煤頂板為厚2m左右的L1灰?guī)r或泥灰?guī)r，局部有泥巖或炭質(zhì)泥巖偽頂。底板為砂質(zhì)泥巖或粉砂巖，含1～4層夾石，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，頂板抗壓強(qiáng)度6.5～23.2MPa；底板抗壓強(qiáng)度20.9MPa。9號(hào)煤頂板多為砂質(zhì)泥巖，老頂為厚5m左右的中—細(xì)粒砂巖，底板為砂質(zhì)泥巖。頂板抗壓強(qiáng)度21.4MPa；底板抗壓強(qiáng)度8.1～14.1MPa。10號(hào)煤頂板為粉砂巖、粗砂巖，底板為泥巖、炭質(zhì)泥巖，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，一般含1層夾石。頂板抗壓強(qiáng)度8.1～21.1MPa；底板抗壓強(qiáng)度 10.8～12.6MPa。10 號(hào)煤層底板至O2界面巖石由粉砂巖、細(xì)粒砂巖、中粒砂巖、粗粒砂巖、砂質(zhì)泥巖、泥巖、鋁土泥巖、石灰?guī)r等組成，據(jù)本次勘探資料10號(hào)煤層底板至O2界面厚51.06～72.59m，平均64.86m。根據(jù)鉆孔簡(jiǎn)易水文觀測(cè)記錄，粉砂巖、細(xì)粒砂巖、砂質(zhì)泥巖、泥巖、鋁土泥巖等巖性致密，裂隙不發(fā)育，鉆進(jìn)時(shí)水文動(dòng)態(tài)變化小，消耗量較小，可視為良好的隔水層。

據(jù)本次勘探采取MR-4號(hào)孔10號(hào)煤層底板至O2頂隔水層的巖石巖樣測(cè)試結(jié)果，石灰?guī)r強(qiáng)度最大，粗砂巖、中砂巖、粉砂巖次之。其中石灰?guī)r抗壓強(qiáng)度23.8～47.7MPa，整體抗壓強(qiáng)度25.3MPa。

2 頂?shù)装逋暾栽u(píng)價(jià)

據(jù)MR-1、4號(hào)鉆孔R(shí)QD值統(tǒng)計(jì)結(jié)果，對(duì)各可采煤層頂?shù)装暹M(jìn)行完整性評(píng)價(jià)。其中2+3號(hào)煤層頂板RQD值15～56，質(zhì)量描述極劣～中等，完整性破碎～中等，2+3號(hào)煤層底板RQD值21～44，質(zhì)量描述極劣～劣等，完整性破碎～差等；4號(hào)煤層頂板RQD值21～56，質(zhì)量描述極劣～中等，完整性破碎～中等，4號(hào)煤層底板RQD值44～52，質(zhì)量描述劣～中等，完整性差～中等；6號(hào)煤層頂板RQD值52～44，質(zhì)量描述劣～中等，完整性差～中等，6號(hào)煤層底板RQD值46～74，質(zhì)量描述劣～中等，完整性差～中等；8號(hào)煤層頂板RQD值56～74，質(zhì)量描述中等，完整性中等，8號(hào)煤層底板RQD值40～48，質(zhì)量描述劣等，完整性差；9號(hào)煤層頂板RQD值34～45，質(zhì)量描述劣，完整性差，9號(hào)煤層底板RQD值53～58，質(zhì)量描述中等，完整性中等；10號(hào)煤層頂板RQD值47～53，質(zhì)量描述劣～中等，完整性差～中等，10號(hào)煤層底板RQD值57～79，質(zhì)量描述中等～好，完整性中等～較完整?？傮w來看，各可采煤層的頂?shù)装逋暾远驾^差，質(zhì)量低劣。

3 頂?shù)装鍘r體質(zhì)量評(píng)價(jià)

根據(jù)巖體質(zhì)量指標(biāo)法，對(duì)井田內(nèi)主要可采煤層頂?shù)装弩w質(zhì)量等級(jí)等工程地質(zhì)指標(biāo)進(jìn)行了分級(jí)評(píng)價(jià)，各可采煤層頂?shù)装鍘r體質(zhì)量統(tǒng)計(jì)結(jié)果見表1、2、3。

表1 可采煤層頂?shù)装鍘r體質(zhì)量統(tǒng)計(jì)表

表2 MR-1號(hào)孔煤層頂?shù)装骞こ塘W(xué)成果表

表3 MR-4號(hào)孔煤層頂?shù)装骞こ塘W(xué)成果表

可以看到各可采煤層頂?shù)装蹇箟簭?qiáng)度均較低，各可采煤層頂?shù)装鍘r體質(zhì)量等級(jí)均為Ⅲ級(jí)，即巖體質(zhì)量屬中等，較易于產(chǎn)生變形破壞，因此穩(wěn)定較差。巖組以軟弱～半堅(jiān)硬巖石為主，堅(jiān)硬巖石相對(duì)較少，構(gòu)成軟硬相間巖組，總體穩(wěn)固性較差，對(duì)礦床開采具有直接影響。巖體結(jié)構(gòu)面型式多為節(jié)理裂隙、層理或微小不發(fā)育的節(jié)理劈理、片理，除斷層地段外，即絕大部分結(jié)構(gòu)面級(jí)別為Ⅳ或Ⅴ級(jí)，巖體結(jié)構(gòu)類型多為層狀結(jié)構(gòu)Ⅱ1，少數(shù)為塊狀結(jié)構(gòu)Ⅰ2，層間結(jié)合力較差，結(jié)構(gòu)體形態(tài)多為長(zhǎng)方體、塊體，地下水滲透壓力引起的問題及軟化泥化作用均較明顯，巖體變形受巖石組合、結(jié)構(gòu)面所控制，壓縮變形取決于巖性、巖層變位程度及結(jié)構(gòu)面發(fā)育情況，剪切滑移受結(jié)構(gòu)面及軟弱夾層的抗剪強(qiáng)度及其方位所制約。

4 結(jié)論

井田地層巖性較復(fù)雜，煤層頂?shù)装逡詫訝顜r類為主，巖層軟硬相間，巖體各向異性，強(qiáng)度變化大，可采煤層的頂、底板穩(wěn)定性較差，井田內(nèi)斷層、陷落柱較發(fā)育，此地段易發(fā)生礦山工程地質(zhì)問題。根據(jù)本次勘探的工程地質(zhì)孔編錄計(jì)算的巖體質(zhì)量指標(biāo)法計(jì)算結(jié)果，各可采煤層頂?shù)装鍘r體質(zhì)量等級(jí)均為Ⅲ級(jí)，即巖體質(zhì)量屬中等。據(jù)《礦區(qū)水文地質(zhì)工程地質(zhì)及環(huán)境地質(zhì)勘查評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)》（MT/T 1091-2008)，井田內(nèi)各可采煤層工程地質(zhì)條件復(fù)雜程度類型總體均應(yīng)屬第三類中等型，即以層狀巖類為主的復(fù)雜程度中等型。