吐哈煤田干沟矿区工程地质特征及开采条件分析

毛 明

（新疆煤田地质局156煤田地质勘探队）

吐哈煤田干沟矿区位于吐哈煤田西南边缘的艾丁湖斜坡带，属低山边缘斜坡地带，总体平缓，可采煤层9层（6、7-1、7-2、7-3、8、9-1、9-2、10-4、11）。具有煤炭资源储量大、煤层厚、煤质好、污染小等特点，但煤层埋藏较深，并且局部地段内一定深度下存在高温区。含煤系地层位于混合水位以下，矿区岩性复杂，岩石完整性差。煤层顶底板岩石泥质含量高，黏结性差，层间结合力较弱。为了提高资源利用效率，提升矿区的价值，对矿区的工程地质特征、开采技术条件进行分析［1-5］。

1 矿区工程地质特征

1.1 岩石工程地质特征

根据矿区岩石性质，将矿区岩石划分为3个大的工程地质岩段，分别为第四系松散岩段、古近系半固结岩类岩段和侏罗系沉积碎屑岩类岩段。

第四系松散岩段在矿区广泛分布，堆积成分复杂，无植被覆盖，为灰黄色、灰褐色碎屑砾石、砂、土混合而成。砾石成分复杂，多为棱角状或次棱角状，砾径大小不等，砾石砾径一般在2～10 cm，未胶结，无分选，松散。

古近系半固结岩类岩段在矿区广泛发育，岩性以一套红褐色、棕褐色、紫红色泥岩、砂岩，磨圆度为次棱角状，分选性差。结构松散，整体强度低，岩体塑性强，变形时间效应明显。

侏罗系沉积碎屑岩类岩段按其含煤特点及岩性、岩相、沉积旋回特征，由新到老依次划为侏罗系中统头屯河组（J2t）、侏罗系中统西山窑组上段（J2x2）、侏罗系中统西山窑组下段（J2x1）、侏罗系下统三工河组（J1s）、侏罗系下统八道湾组上段（J1b2）、侏罗系下统八道湾组下段（J1b1）。其中八道湾组上段（J1b2）和西山窑组下段（J2x1）为含煤段。

侏罗系中统西山窑组下段含煤岩段从侏罗系中统西山窑组底界至6号煤层顶界，是西山窑组的含煤岩段。岩性以灰色、深灰色中、粗砂岩为主，粉、细砂岩次之，含大量植物化石。含煤5层，自上而下编号依次为6、7-1、7-2、7-3、7-4号（不可采）。岩石饱和状态抗压强度为0.1～50.1 MPa，平均值为3.43 MPa，为极软—较软岩；软化系数为0.06～0.87，平均值为0.21，易软化。岩石质量等级多为极劣—劣，岩体完整性为差—破碎。

侏罗系下统八道湾组上段含煤岩段是八道湾组的含煤岩段，从11号煤层底板下部的粗颗粒砂岩底界至八道湾组顶界，岩性以灰色、深灰色中、粗砂岩为主，粉、细砂岩次之，含大量植物化石。岩石饱和状态抗压强度在0.1～49.5 MPa，平均值为4.83 MPa，为极软—较软岩；软化系数为0.03～0.90，平均值为0.29，易软化。岩石质量等级多为极劣—劣，岩体完整性为差—破碎。

2.2 含煤地层岩石物理力学特征

对主要可采煤层顶板以上30 m至底板以下20 m范围内，较系统地分层采集了煤层的顶、底板岩石物理力学试验样，结果见表1。

2.3 其他因素

2.3.1 瓦斯

对6、7-1、7-2、7-3、8、9-1、9-2、10-4、11号煤层瓦斯样的分析（表2）可知，矿区内各煤层瓦斯分带多属于二氧化碳—氮气带，氮气—沼气带多分布于7-2、7-3号煤层。各煤层的瓦斯含量变化规律不明显，CH4仅在局部聚集，测试为氮气—沼气带的采样点集中在地层倾向发生变化的转折端。

2.3.2 煤尘

矿区各煤层煤尘均具爆炸性，火焰长度为230-（＞400）mm，岩粉含量为60%～90%，对主要可采煤层样品进行了自燃倾向性试验。经测试各煤层吸氧量为0.46～1.13 cm3/g。按自燃倾向性等级分类，大部分属II类（自燃）煤，部分属Ⅰ类（容易自燃）煤（表3）。

2.3.3 地 温

以31～37℃属一级高温区的划分原则，对矿区内6个钻孔（142-4孔、22-1孔、50-3孔、66-3孔、90-11孔、94-7孔）进行地温异常的钻孔进行统计，见表4。

可知，在矿区局部范围内大于600 m的深度存在高温区，所以矿井生产过程中要加强地温监测，做好矿井中的降温、通风等工作。

3 开采技术条件

3.1 矿区水文地质条件

矿区含煤岩系位于地下水位以下，岩性较复杂，岩体完整性差，含水层多，分布广。但自然地理条件制约了地下水的补给，地下水类型提示地下水补、径、排条件差，主要含水层具弱富水性。矿区水文地质类型属孔隙、裂隙类简单型。

可采煤层的顶、底板岩石泥质含量高，黏结弱，稳定性差。且煤层及顶、底板岩石位于地下水水位以下，煤层顶、底板岩石因受地下水的影响，强度降低，且极易软化。围岩中的细粒相粉、细砂岩结构面为层理面，次为局部地段的节理及裂隙。未来井采中因细粒相砂岩渗透性弱，相对持水性强，而软化系数小于0.75，可能发生块体塌落，易产生顶板冒落，底板底鼓、片帮等工程地质问题。

3.2 开采方法及影响因素

矿区内各煤层一般随着深度和采集地点的不同，瓦斯成分有所不同。区内各煤层瓦斯分带均属氮气带—沼气带。在矿井建成后生产过程中，对瓦斯应进一步测定和积累资料。并且大于600 m深度存在高温区，因此对通风系统和高温、瓦斯进行科学检测和管理，以严格有效的措施，防止瓦斯聚集造成安全隐患，确保矿井安全生产。

矿区内煤层均具爆炸性，但不强烈。各煤层属自燃—易自燃煤。开采过程中，要采用严格有效预防措施，预防煤的自燃，确保安全生产，因此在矿区开采过程中还应及时清理残煤，防止矿井发生火灾。

矿区主要可采煤层为6号煤（平均厚度4.36 m）、7-1号（平均厚度4.93 m）、8号（平均厚度2.65 m）、9-1号（平均厚度4.56 m）。煤层赋存稳定，没有断裂，适合普通综采机开采。除主采煤层外，其他煤层均较薄（小于1 m），适合刨煤机开采。

矿区可采煤层可采用井工开发方式，自然垮落法管理顶板。根据相关工作经验，巷道都能使用直墙半圆拱，顺槽采用矩形，大巷采用锚网喷支护，喷厚100 mm。其中轨道石门与平巷需要铺底，厚度为100 mm。回风石门与带式输送机石门无需铺底，顺槽需要使用锚网进行支护。

4 结 语

（1）由于矿区内第四系松散岩类工程地质岩段结构松散，水位以下段具软化及泥化作用，且可采煤层顶底板岩石泥质含量极高且内部有裂隙，凝聚力差，可能发生块体塌落，致使易产生顶板冒落，底板底鼓、片帮等工程地质问题。在后期矿井的建设生产过程中要加强对巷道顶板的支护和防护，防止巷道发生垮塌事件。

（2）矿区东部地区位于艾丁湖边缘地带，部分煤层及顶底板位于地下水位以下，因此受地下水位影响岩石的强度会降低。但自然地理条件制约了地下水的补给，地下水化学类型提示地下水补、径、排条件差，运移迟缓，交替不频，但是在矿井的建设级后期的生产过程中要加强动态水温检测预防透水事故的发生。

（3）瓦斯含量仅在局部聚集，煤层自然性级煤尘爆炸性均属于不强烈的类型，深度大于600 m的区域存在高温区，要加强通风降温工作。

（4）矿区可采煤层赋存稳定，没有断裂，但由于煤层顶底板岩石泥化明显，在开采过程中应加强井壁支护，针对不同井段采取相应的支护防范措施。