豐城尚莊煤礦工程地質(zhì)條件分析

邱開國

（江西中煤勘察設(shè)計(jì)總院有限公司，江西 南昌 330001）

尚莊煤礦位于江西省豐城市轄區(qū)323°方向，距豐城市約15 km；采礦權(quán)人為：江西煤業(yè)集團(tuán)有限責(zé)任公司；開采深度由+36～-950 m標(biāo)高，生產(chǎn)規(guī)模為0.45 Mt/a[2]。本礦區(qū)自西向東表現(xiàn)為北東向→近南北向→近東西構(gòu)造格局，總體構(gòu)造形態(tài)為一單斜，斷層不甚發(fā)育，構(gòu)造復(fù)雜程度為簡單。 礦區(qū)范圍內(nèi)由老至新出露地層有：二疊系中統(tǒng)茅口組（P2m）、二疊系上統(tǒng)樂平組（P3l）和二疊系上統(tǒng)長興組（P3c）、三疊系下統(tǒng)大冶組（T1d）及第四系（Q）。 礦山計(jì)量煤層5 層，已經(jīng)開采的煤層B4b號煤層位于樂平組老山段，煤層厚度變化很小，變化規(guī)律明顯，煤層結(jié)構(gòu)簡單，在尚莊煤礦采礦權(quán)范圍內(nèi)確定為穩(wěn)定煤層[1]。本次核實(shí)勘查類型為一類一型—三型。 礦區(qū)水文地質(zhì)條件中等；工程地質(zhì)條件中等，環(huán)境地質(zhì)條件復(fù)雜，礦床的綜合開采技術(shù)條件仍屬以環(huán)境地質(zhì)為主的開采技術(shù)條件復(fù)雜的礦床（Ⅲ-3）。

1 工程地質(zhì)條件現(xiàn)狀

1.1 工程地質(zhì)巖組

尚莊煤礦地區(qū)的工程地質(zhì)勘探類型屬層狀巖類，按照礦區(qū)內(nèi)不同巖性、風(fēng)化程度、裂隙發(fā)育程度及主要的巖石強(qiáng)度將區(qū)內(nèi)巖石劃分為三個(gè)工程地質(zhì)巖組。

（1）松散軟弱巖組

第四系全新統(tǒng)殘坡積層（Q4）

巖性主要為紫紅色帶淺黃色粘土， 粉質(zhì)粘土，塑性較大，含少量砂土、礫石。 由上至下，從干燥到潮濕，硬塑—堅(jiān)硬，稍密—中密， 屬松散巖組。 試驗(yàn)結(jié)果：單軸抗壓強(qiáng)度（飽和）為0.33 ～7.5 MPa，抗剪強(qiáng)度0.55～2.32 MPa，凝聚力1.78 MPa，內(nèi)摩擦角14.6°[2]。

（2）半堅(jiān)硬巖組

二疊系上統(tǒng)樂平組王潘里段（P3l4）

巖性由細(xì)砂巖、粉砂巖、泥巖和煤組成，C23煤層頂?shù)装辶W(xué)強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果：細(xì)砂巖、粉砂巖的單軸飽和抗壓強(qiáng)度為5.38～18.70 MPa， 抗剪強(qiáng)度為2.14～15.2 MPa， 飽和內(nèi)摩擦角38°25′～42°20′，凝聚力2.24～4.76 MPa， 泥巖的吸水率為6.12～6.94，自由膨脹率為19%[2]。

二疊系上統(tǒng)樂平組老山段（P3l2）

巖性由細(xì)砂巖、粉砂巖、泥巖、炭質(zhì)泥巖和煤組成，煤層頂?shù)装辶W(xué)強(qiáng)度細(xì)砂巖、粉砂巖、中砂巖的單軸飽和抗壓強(qiáng)度為5.2～40.60 MPa， 抗剪強(qiáng)度為1.68～26.10 MPa， 飽和內(nèi)摩擦角34°08′～41°30′，凝聚力2.10～8.79 MPa，泥巖的吸水率為6.12～6.94，自由膨脹率為19%[2]。

（3）堅(jiān)硬巖組

①三疊系下統(tǒng)大冶組P1d灰?guī)r。 質(zhì)純性脆，力學(xué)試驗(yàn)結(jié)果：單軸飽和抗壓強(qiáng)度為19.5～24.8 MPa，抗剪強(qiáng)度8.6～11.1 MPa，凝聚力8.7 MPa，內(nèi)摩擦角41.6°， 彈性模量6.76×104MPa， 泊松比0.38[2]。

②二疊系上統(tǒng)長興組（P3c）

巖性為隱晶～細(xì)晶質(zhì)厚層狀灰?guī)r，致密、堅(jiān)硬，該層巖體完整，力學(xué)強(qiáng)度高，單軸飽和抗壓強(qiáng)度為18.90～35.70 MPa，抗剪強(qiáng)度為7.77～8.19 MPa，飽和內(nèi)摩擦角39.6°，凝聚力11.95 MPa[2]。

③二疊系上統(tǒng)樂平組獅子山段（P3l3）

巖性以中～細(xì)粒砂巖為主，致密、堅(jiān)硬，抗風(fēng)化能力強(qiáng)。 單軸抗壓強(qiáng)度（飽和）為11.2～39.9 MPa，內(nèi)摩擦角37.3°～37.9°，凝聚力4.52～10.59 MPa[2]。

④二疊系上統(tǒng)樂平組官山段（P3l1）

上部為厚層狀中- 粗粒砂巖， 間夾細(xì)砂巖、砂質(zhì)泥巖及粉砂巖。

1.2 結(jié)構(gòu)面工程地質(zhì)特征

本礦區(qū)結(jié)構(gòu)面發(fā)育一般，區(qū)內(nèi)巖體主要有碎裂結(jié)構(gòu)、層狀結(jié)構(gòu)兩大結(jié)構(gòu)類型。 現(xiàn)將各種巖體結(jié)構(gòu)類型對應(yīng)巖體結(jié)構(gòu)面特征敘述如下：

（1）碎裂結(jié)構(gòu)

礦區(qū)內(nèi)老山段地層在斷層破碎帶、裂隙帶作用下形成各種碎裂結(jié)構(gòu)巖體， 結(jié)構(gòu)體為大小不等、形態(tài)不一的巖塊，且呈不規(guī)則狀，區(qū)內(nèi)斷層結(jié)構(gòu)發(fā)育，查明斷層十余條。 結(jié)構(gòu)面巖體強(qiáng)度小、穩(wěn)定性較差，礦區(qū)內(nèi)巖體裂隙發(fā)育，屬Ⅳ級結(jié)構(gòu)面，大部分細(xì)微裂隙則屬Ⅴ級結(jié)構(gòu)面，穩(wěn)定性一般。

（2）層狀結(jié)構(gòu)

巖層具粉砂巖、（粉砂質(zhì)） 泥巖巖組的典型結(jié)構(gòu)，為薄- 中厚層狀，層理發(fā)育，局部夾含軟弱夾層、如泥巖、煤、炭質(zhì)泥巖等。 這些原生軟弱夾層遇水軟化后，大大降低了結(jié)構(gòu)面的抗剪強(qiáng)度，巖體在失去原巖應(yīng)力平衡狀態(tài)后，易離層或沿剪切滑動(dòng)面滑脫失穩(wěn)。

1.3 頂、底板工程地質(zhì)特征

（1）頂、底板特征

①偽頂：灰黑色- 黑色炭質(zhì)泥巖，厚度0.86～6.23 m，性松軟、易跨落。

②直接頂

以粉砂巖，細(xì)粉砂巖為主，厚度0.73～14.02 m，一般厚度5～8 m， 局部炭質(zhì)泥巖。 深灰色-黑色，含植物葉片及碎片化石，有時(shí)含黃鐵礦結(jié)核，夾鏡煤或炭質(zhì)條帶，具緩波水平層理，屬易跨落頂板。

③老頂：細(xì)砂巖與粗粉砂巖互層，厚度1.03～15.86 m， 一般為3 m左右， 灰- 淺灰色石英細(xì)砂巖，夾粉砂巖條帶，層面上有炭屑及小云母片，具清晰的水平和水平波狀層理，巖性致密堅(jiān)硬，不易垮落，易管理支護(hù)。

④底板：以泥巖（粘土巖）為主，有時(shí)為細(xì)粉砂巖或炭質(zhì)泥巖，厚度0.19～10.52 m，一般厚度1～2 m。 淺灰色—暗灰色（泥巖），團(tuán)塊狀構(gòu)造，含植物根部化石及黃鐵礦結(jié)核，具鮞狀結(jié)構(gòu)，有滑感，遇水膨脹，開采時(shí)易發(fā)生底鼓。

（2）頂、底板力學(xué)性質(zhì)

煤層頂板細(xì)砂巖、粉砂巖、中砂巖的抗壓強(qiáng)度為5.22～40.60 MPa，抗剪強(qiáng)度為1.68～26.10 MPa，內(nèi)摩擦角34°08′～41°30′，凝聚力2.10～8.79 MPa，泥巖的吸水率為6.12～6.94， 自由膨脹率為19%[2]。偽頂和直接頂易跨落，老頂穩(wěn)固性好，不冒落；炭質(zhì)泥巖底板開采時(shí)易發(fā)生底鼓。

2 工程地質(zhì)條件在本核實(shí)期內(nèi)的變化

本區(qū)煤系地層是二疊系上統(tǒng)樂平組，它是由一套砂巖、粉砂巖、泥質(zhì)條帶和煤層組成的巖層。 巖石多為泥硅質(zhì)膠結(jié)，部分鈣質(zhì)、鐵質(zhì)膠結(jié)，總體硬度較大，屬半堅(jiān)硬巖層。

主要運(yùn)輸大巷一般選擇在巖石堅(jiān)固性系數(shù)比較大的官山砂巖層位中，抗壓強(qiáng)度大、巷道底鼓變形小，對巷道中的細(xì)粉砂巖采用錨桿梯子梁全斷面掛網(wǎng)的聯(lián)合噴漿主動(dòng)式支護(hù)，巷道狀況非常好。 另外在穿過斷層、 軟弱層時(shí)除采取上述先進(jìn)工藝外，還及時(shí)補(bǔ)打錨索，使困難地段的支護(hù)問題基本能得到解決。

本次調(diào)查發(fā)現(xiàn)礦山開采過程中工程地質(zhì)條件基本無變化，亦未有發(fā)現(xiàn)明顯的垮塌、冒頂?shù)裙こ痰刭|(zhì)問題。 經(jīng)核實(shí)，礦區(qū)工程地質(zhì)條件沒有明顯變化。

3 工程地質(zhì)條件預(yù)測評價(jià)

尚莊煤礦隨著開采面積擴(kuò)大、圍巖揭露面積不斷增加，但巖層整體穩(wěn)定性較好。 局部破碎，特別是斷裂結(jié)構(gòu)面附近，巖體強(qiáng)度小、穩(wěn)定性較差，具備坍塌、滑移的條件，有壓縮變形的可能。 井巷圍巖通過結(jié)構(gòu)面時(shí)易失穩(wěn)破壞，可引發(fā)頂板冒落，但加強(qiáng)支護(hù)后穩(wěn)定性較好，預(yù)測其工程地質(zhì)條件變化不大。

4 結(jié)語

綜上所述，本區(qū)開采煤系地層主要是二疊系上統(tǒng)樂平組老山段B煤組， 煤層頂板多為灰黑色致密粉砂巖、砂巖及透鏡體礫巖，局部夾泥巖，底板為灰黑色泥質(zhì)砂巖、細(xì)粒砂巖，屬半堅(jiān)硬巖層，圍巖類別屬Ⅲ類。 本次核實(shí)期內(nèi)沒有發(fā)現(xiàn)明顯的工程地質(zhì)問題，礦區(qū)工程地質(zhì)條件沒有明顯變化。 因此，本區(qū)工程地質(zhì)條件仍為中等。