淺議沉積相在煤炭地層巖石力學勘測中的作用

■畢壘　劉榮志　馮英明（山東省煤田地質局第一勘探隊山東棗莊277500）

淺議沉積相在煤炭地層巖石力學勘測中的作用

■畢壘劉榮志馮英明
（山東省煤田地質局第一勘探隊山東棗莊277500）

在地球表面不同的部分所發生的自然作用(物理的、化學的和生物的)都是不問的，因此可特地球表面區分為不同的自然地理單元，每一個單元即構成一種自然地理環境。本文提出利用沉積特征作為界定巖石力學參數標準本文提出利用沉積特征快速界定相關巖石力學參數的新方法，對礦區煤層頂板巖石力學參數的界定具有一定的實用價值。

巖石特征地層構造三角洲沉積相分析

含煤地層巖石力學性質直接決定了礦井圍巖的穩定性，只有掌握巖石的力學性質才能控制好井下巷道及工作面圍巖的穩定，為煤礦開采提供安全保障。因以往的勘探資料沒有相關的力學參數，要搞清楚某地層巖石的力學參數，須重新勘探鉆孔，做力學實驗，時間長，費用大。

本文提出以影響巖石力學參數性質的沉積特征作為主要研究對象，提取出以巖石的粒度、填充膠結物的比例、孔隙情況、節理發育等，作為判斷巖層力學參數的主線，以埋藏的地質年代、埋藏深度作為修訂因子，在定性的基礎上建立一種簡單定量確定巖石力學參數的新方法。

1　巖層沉積特征的選擇

煤層頂板與底板成巖環境的不同，巖層的各類參數也有一定的差異。沉積巖中最重要的特征是其成分、顏色、結構與沉積構造，本文把沉積成巖中的對巖層力學特性影響較大、較易獲取的四個參數提取出來作為判斷巖層力學性質的沉積參數，參數如下：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，粒度越小，巖層越密實，巖層的硬度等力學參數越大，為了簡化描述，用大、中、小來進行表述，分別用1、2、3的數值進行量化。2、填隙物中膠結物的比例多少。填隙物由膠結物與雜基組成，膠結物對巖石的硬度與強度有強化作用，雜基對巖石有反方向的作用，所以，膠結物的含量多少可以作為衡量巖石硬度與強度的參數之一，用多、中、少來描述，用3、2、1來量化。3、孔隙結構。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、少來進行描述，用1、2、3進行數值量化。4、節理發育情況。沉積巖節理的發育情況也直接影響巖石的硬度與強度，節理越發育，巖石的強度與硬度越低，所以可以用不發育、中、發育來描述，用3、2、1來量化。巖層沉積的四個特征，12個標量共同組成一個沉積特征量化體系。

表1　巖石的五級分類

2　含煤地層關鍵地層與關鍵參數的選取

（1）含煤地層關鍵地層的選取。根據對采煤工作面具有重要影響作用的頂板作為關鍵層理論和對具有直接影響關鍵層的判定方法，由于對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，要對提供工作面周圍的鉆孔柱狀圖進行關鍵層的劃分與力學參數的估算。

（2）巖層關鍵力學參數的選取。對于一個巖層各類運動參數的計算主要來源于抗壓強度、抗拉強度、抗剪強度，所以本文選擇三個主要強度參數為主要估算對象。

（3）巖石的五級分類法。在對巖層三大參數估算過程中，每個參數都進行估計是不可取的，采用本文抗壓強度為主要分類主線、以抗拉與抗剪強度為輔助分類的方法，把常用的巖石劃為五個區間，每個區間代表巖石的一類軟弱強度，這種分類方法，本文簡稱為巖石的五級分類。

依據巖石的五個級別，定性的對應較軟、軟、中、硬、較硬五種類型，從定量的角度，分別提取各自范圍內的中值作為定量的取值標準。依據該中值，對巖層運動步距公式進行靈敏度分析，能夠滿足工程實踐的需求。

3　估算含煤地層巖石力學參數的算法

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

表2　

（2）沉積特征選取計算方法。根據表1提供的數據及巖層的巖性描述，確定各個特征的取值，然后依據公式S=A1×A2×A3×A4進行計算，式中A1―A4分別對巖層粒度、膠結物、孔隙、節理四個特征的取值，S為巖層的特征取值。

4　結語

任何一種巖石的力學性質都在很寬的范圍內變化，這些變化對工程設計及圍巖穩定性評價造成困難。因此，本文試圖通過利用對不同巖石的沉積特征進行定性的判斷，尋求一種以少量的簡單測量便可估算巖石強度和其它性質的新方法，最后通過試驗證明該方法是可行、有效的，在粗略估算巖石力學參數方面有一定的進展。

[1]孟召平，煤層頂板沉積巖體結構及其對頂板穩定性的影響[M].北京：中國礦業大學.1999

[2]萬靜萍等.沉積學簡明教程[M].武漢.中國地質大學出版社.1992.

X752[文獻碼]B

1000-405X（2016）-1-214-1