安徽龍王廟煤礦工程地質條件分析

李 洋，藺海霞，葉凌峰

（安徽省煤田地質局第三勘探隊，安徽宿州234000）

安徽龍王廟煤礦工程地質條件分析

李 洋*，藺海霞，葉凌峰

（安徽省煤田地質局第三勘探隊，安徽宿州234000）

對龍王廟煤礦各主采煤層頂底板巖性特征進行了詳細分析，并做出了相應評價。在研究本礦地層巖性、厚度及分布規律的基礎上，劃分了工程地質巖組，查明了對煤層開采不利的軟弱巖組的性質、產狀與分布。測定了可采煤層頂底板物理力學參數，詳細查明了其巖體結構、巖體質量，并對巖體質量及其穩定性做出了評價。探討了開采后工程地質條件的可能變化。綜合評價該礦井工程地質勘查類型為層狀碎屑巖類復雜型。

龍王廟煤礦；主采煤層；工程地質巖組；巖體結構；巖體質量

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

1 可采煤層頂底板結構類型

對本礦可采煤層頂底板巖性特征進行了分析，分析結果顯示，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構可劃分為2種類型(見圖2)。根據礦井可采煤層底板巖性特征，各煤層底板均有上述2種結構類型。

圖1 可采煤層頂板結構典型柱狀圖

圖2 可采煤層底板結構典型柱狀圖

2 可采煤層頂板巖體巖性類型分類

煤層頂板穩定性主要由直接頂和老頂共同決定，由于受沉積環境的控制，煤層頂板不同巖性的巖層作有規律的組合，稱層組巖體，因此頂板巖體力學性質及其穩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巖體、中硬巖體和硬質巖體。

本次報告采用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巖體、中硬巖體和軟質巖體厚度之和。

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

當K≥65%時，反映在頂板巖體中硬質巖石占主要部分，說明硬質巖石厚度增大或層數增多，在構造應力的作用下或采動影響下頂板巖體的力學性質主要由這些硬質巖體所決定。

當K≥35%時，反映在頂板巖體中硬質巖石、中硬巖石和軟質巖石各部分大致相當，在構造應力的作用下或采動影響下頂板巖體的力學性質主要取決于這些巖石類型的組合。

當K＜35%時，反映在頂板巖體中軟質巖石和中硬巖石占主要部分，說明軟質巖石和中硬巖石厚度增大或層數增多，在構造應力的作用下或采動影響下頂板巖體的力學性質主要由這些軟質巖石和中硬巖石所決定[2]。

本次對以上8層可采煤層頂板30m范圍內的砂巖進行了統計，并計算了各可采煤層的巖性特征參數K值。根據表1煤層頂底板巖體巖性類型劃分方案，對本礦以上8層煤頂板巖性類型進行了分類。

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。統計23個見煤點中，頂板為軟質巖體的占61%;頂板類型為中硬巖體的占35%;頂板類型為硬質巖體的占4%。

(2)4煤層頂板巖體巖性類型。統計28個見煤點中，頂板為軟質巖體的占86%，頂板類型為中硬巖體的占7%，頂板類型為硬質巖體的占6%。

(3)61煤層頂板巖體巖性類型。統計28個見煤點中，頂板為軟質巖體的占82%，頂板類型為中硬巖體的占7%，頂板類型為硬質巖體的占11%。

(4)63煤層頂板巖體巖性類型。統計28個見煤點中，頂板為軟質巖體的占86%，頂板類型為中硬巖體的占4%，頂板類型為硬質巖體的占10%。

(5)72煤層頂板巖體巖性類型。統計35個見煤點中，頂板為軟質巖體的占57%，頂板類型為中硬巖體的占34%，頂板類型為硬質巖體的占9%。

(6)82煤層頂板巖體巖性類型。統計33個見煤點中，頂板為軟質巖體的占67%，頂板類型為中硬巖體的占24%，頂板類型為硬質巖體的占9%。

(7)9煤層頂板巖體巖性類型。統計34個見煤點中，頂板為軟質巖體的占74%，頂板類型為中硬巖體的占18%，頂板類型為硬質巖體的占8%。

(8)10煤層頂板巖體巖性類型。統計41個見煤點中，頂板為軟質巖體的占34%，頂板類型為中硬巖體的占37%，頂板類型為硬質巖體的占29%。

研究表明，煤層頂板為硬質巖體分布區，巖體以斷裂變形為主，巖體中的節理相對發育，采動過程中沿節理易發生頂板冒落；煤層頂板為軟質巖體分布區，層理較發育，在采動過程中易產生離層破壞，頂板穩定性相對較差。

3 可采煤層頂底板巖石物理力學性質

對49-2、47-48-3兩孔分別對72、82、10煤煤層頂底板巖石進行了取樣和物理力學性質測試，并對測試結果進行了詳細統計。

本礦可采煤層頂底板巖性中：泥巖抗壓強度為8.88～59.94MPa，平均25.42MPa;抗拉強度為0.86～4.68MPa，平均1.87MPa。粉砂巖抗壓強度為10.68～77.29MPa，平 均 39.33MPa;抗 拉 強 度 為 1.23～6.54MPa，平均2.93MPa。

細砂巖抗壓強度為 19.90～81.07MPa，平均53.57MPa;抗拉強度為1.99～5.92MPa，平均3.95MPa。

從統計結果可以看出:

(1)可采煤層頂底板相同巖性的物理性質變化范圍較大，力學指標平均值有波動，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，各種巖石的抗壓強度變化范圍較大，這與巖石膠結物的成分、結構、構造及巖石裂隙發育程度的差異有關。

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

4 巖石的RQD值

本次對部分鉆孔巖芯RQD值進行了統計（見表2）。根據RQD值對基巖巖體完整性進行評價，同時利用公式M=Rc/30×RQD(%)對巖體質量指標M進行計算，根據M值可采煤層頂底板巖體的質量進行分級。由此可以看出：可采煤層老頂砂巖的巖石質量一般比直接頂的巖石質量要好，但也有個別直接頂巖石質量較好的現象。不同鉆孔同一層位同種巖性的巖石RQD值差異較大。構造破壞、應力擠壓、裂隙發育的地段，無論泥巖、粉砂巖，還是砂巖，RQD值都很小。

表2 RQD值統計及巖體質量分級表

5 基巖風化帶特征

本礦區基巖風化帶底板深度193.10～332.10m，平均257.90m，厚度2.49～56.42m，平均19.68m。基巖風化帶深度受巖性、構造、地下水的流動及古地理環境等多種地質因素制約，基巖風化帶厚度由煤層出露區至泥巖、粉砂巖、砂巖出露區逐漸增厚。

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

6 結束語

綜上所述，本礦為沉積層狀礦床，巖性復雜，巖石風化，巖溶較發育，構造復雜，巖石破碎，煤層頂板多為軟質巖體，頂板管理難度增大，易發生工程地質問題。必須引起重視，做好頂底板的管理工作。

按照《礦區水文地質工程地質勘探規范》(GB/ 12719-91)[3]中有關礦區工程地質條件類型及復雜程度劃分的有關規定：綜合評定本礦工程地質條件類型為層狀碎屑巖類，為復雜類型，即三類三型。

[1] 安徽省煤田地質局第三勘探隊.安徽宿州金獅礦業有限責任公司龍王廟煤礦補充勘查報告[R].2005.

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

[3]GB/12719-91礦區水文地質工程地質勘探規范[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，現從事煤田地質工作。