安徽龙王庙煤矿工程地质条件分析

2015-12-17蔺海霞叶凌峰

西部探矿工程 2015年10期

关键词：软质硬质岩性

李洋，蔺海霞，叶凌峰

（安徽省煤田地质局第三勘探队，安徽宿州234000）

安徽龙王庙煤矿工程地质条件分析

李洋*，蔺海霞，叶凌峰

（安徽省煤田地质局第三勘探队，安徽宿州234000）

对龙王庙煤矿各主采煤层顶底板岩性特征进行了详细分析，并做出了相应评价。在研究本矿地层岩性、厚度及分布规律的基础上，划分了工程地质岩组，查明了对煤层开采不利的软弱岩组的性质、产状与分布。测定了可采煤层顶底板物理力学参数，详细查明了其岩体结构、岩体质量，并对岩体质量及其稳定性做出了评价。探讨了开采后工程地质条件的可能变化。综合评价该矿井工程地质勘查类型为层状碎屑岩类复杂型。

龙王庙煤矿；主采煤层；工程地质岩组；岩体结构；岩体质量

龙王庙煤矿位于宿州市东南约22km，在埇桥区芦岭镇境内。龙王庙煤矿为全隐蔽地区，经钻探揭露本区地层自下而上有奥陶系中下统（O2l～O1m）、石炭系中上统（C2～C3）、二迭系（P）、新近系（E）和第四系（Q）。矿井内可采煤层8层即：32、4、61、63、72、82、9、10，除4煤、9煤为不稳定的局部可采煤层外，其它都是较稳定煤层[1]。

1 可采煤层顶底板结构类型

对本矿可采煤层顶底板岩性特征进行了分析，分析结果显示，本矿可采煤层的顶板常分为4种类型：老顶直覆型、老顶+直接顶型、直接顶型、老顶+直接顶+伪顶型(图1)。本矿可采煤层底板结构可划分为2种类型(见图2)。根据矿井可采煤层底板岩性特征，各煤层底板均有上述2种结构类型。

图1 可采煤层顶板结构典型柱状图

图2 可采煤层底板结构典型柱状图

2 可采煤层顶板岩体岩性类型分类

煤层顶板稳定性主要由直接顶和老顶共同决定，由于受沉积环境的控制，煤层顶板不同岩性的岩层作有规律的组合，称层组岩体，因此顶板岩体力学性质及其稳定性不是由单一岩性所能代表的，而是多层岩性的组合。从岩性角度，可将顶板岩体分为软质岩体、中硬岩体和硬质岩体。

本次报告采用K值来表示顶板岩体岩性特征，即K=(h/H)×100%，式中h为赋存于煤层之一定高度(取30m)顶板岩体中各硬质岩石厚度之和，H为赋存于煤层之上一定高度(取30m)顶板岩体总厚度，即顶板岩体中各硬质岩体、中硬岩体和软质岩体厚度之和。

根据K值的大小，将可采煤层顶板岩体分为3类，即软质岩体、中硬岩体和硬质岩体。

当K≥65%时，反映在顶板岩体中硬质岩石占主要部分，说明硬质岩石厚度增大或层数增多，在构造应力的作用下或采动影响下顶板岩体的力学性质主要由这些硬质岩体所决定。

当K≥35%时，反映在顶板岩体中硬质岩石、中硬岩石和软质岩石各部分大致相当，在构造应力的作用下或采动影响下顶板岩体的力学性质主要取决于这些岩石类型的组合。

当K＜35%时，反映在顶板岩体中软质岩石和中硬岩石占主要部分，说明软质岩石和中硬岩石厚度增大或层数增多，在构造应力的作用下或采动影响下顶板岩体的力学性质主要由这些软质岩石和中硬岩石所决定[2]。

本次对以上8层可采煤层顶板30m范围内的砂岩进行了统计，并计算了各可采煤层的岩性特征参数K值。根据表1煤层顶底板岩体岩性类型划分方案，对本矿以上8层煤顶板岩性类型进行了分类。

表1 煤层顶板岩体岩性类型表

(1)32煤层顶板岩体岩性类型。统计23个见煤点中，顶板为软质岩体的占61%;顶板类型为中硬岩体的占35%;顶板类型为硬质岩体的占4%。

(2)4煤层顶板岩体岩性类型。统计28个见煤点中，顶板为软质岩体的占86%，顶板类型为中硬岩体的占7%，顶板类型为硬质岩体的占6%。

(3)61煤层顶板岩体岩性类型。统计28个见煤点中，顶板为软质岩体的占82%，顶板类型为中硬岩体的占7%，顶板类型为硬质岩体的占11%。

(4)63煤层顶板岩体岩性类型。统计28个见煤点中，顶板为软质岩体的占86%，顶板类型为中硬岩体的占4%，顶板类型为硬质岩体的占10%。

(5)72煤层顶板岩体岩性类型。统计35个见煤点中，顶板为软质岩体的占57%，顶板类型为中硬岩体的占34%，顶板类型为硬质岩体的占9%。

(6)82煤层顶板岩体岩性类型。统计33个见煤点中，顶板为软质岩体的占67%，顶板类型为中硬岩体的占24%，顶板类型为硬质岩体的占9%。

(7)9煤层顶板岩体岩性类型。统计34个见煤点中，顶板为软质岩体的占74%，顶板类型为中硬岩体的占18%，顶板类型为硬质岩体的占8%。

(8)10煤层顶板岩体岩性类型。统计41个见煤点中，顶板为软质岩体的占34%，顶板类型为中硬岩体的占37%，顶板类型为硬质岩体的占29%。

研究表明，煤层顶板为硬质岩体分布区，岩体以断裂变形为主，岩体中的节理相对发育，采动过程中沿节理易发生顶板冒落；煤层顶板为软质岩体分布区，层理较发育，在采动过程中易产生离层破坏，顶板稳定性相对较差。

3 可采煤层顶底板岩石物理力学性质

对49-2、47-48-3两孔分别对72、82、10煤煤层顶底板岩石进行了取样和物理力学性质测试，并对测试结果进行了详细统计。

本矿可采煤层顶底板岩性中：泥岩抗压强度为8.88～59.94MPa，平均25.42MPa;抗拉强度为0.86～4.68MPa，平均1.87MPa。粉砂岩抗压强度为10.68～77.29MPa，平均 39.33MPa;抗拉强度为 1.23～6.54MPa，平均2.93MPa。

细砂岩抗压强度为 19.90～81.07MPa，平均53.57MPa;抗拉强度为1.99～5.92MPa，平均3.95MPa。

从统计结果可以看出:

(1)可采煤层顶底板相同岩性的物理性质变化范围较大，力学指标平均值有波动，并与其它岩石有较大范围的交叉。

(2)不同岩石的载荷能力不同，一般是砂岩大于粉砂岩，粉砂岩大于泥岩，各种岩石的抗压强度变化范围较大，这与岩石胶结物的成分、结构、构造及岩石裂隙发育程度的差异有关。

(3)断层破碎带、风化带岩石由于受风化及地下水作用的影响及构造应力的破坏，岩石抗压强度明显降低，表现为泥岩、砂质泥岩、粉砂岩甚至砂岩的载荷能力差异不大。

4 岩石的RQD值

本次对部分钻孔岩芯RQD值进行了统计（见表2）。根据RQD值对基岩岩体完整性进行评价，同时利用公式M=Rc/30×RQD(%)对岩体质量指标M进行计算，根据M值可采煤层顶底板岩体的质量进行分级。由此可以看出：可采煤层老顶砂岩的岩石质量一般比直接顶的岩石质量要好，但也有个别直接顶岩石质量较好的现象。不同钻孔同一层位同种岩性的岩石RQD值差异较大。构造破坏、应力挤压、裂隙发育的地段，无论泥岩、粉砂岩，还是砂岩，RQD值都很小。