六盤水煤田盤州礦區煤層頂、底板穩定性分析

[關鍵詞] 工程地質特征;穩定性;工程地質巖組;工程地質問題

1. 地質概況

盤州礦區位于貴州西部六盤水煤田的南部，大地構造帶位于揚子陸塊南部被動邊緣褶沖帶，區域地層主要有前震旦系、志留系、泥盆系、石炭系、二疊系、三疊系、第三系及第四系，二疊系龍潭組、汪家寨組為盤州礦區的主要含煤地層。根據沉積環境的差異分為盤南礦區和盤北礦區。盤北礦區為偏陸相沉積，含煤地層巖性主要為碎屑巖夾少量碳酸鹽巖，盤南礦區為海陸交替相沉積，含煤地層巖性為陸相碎屑巖夾碳酸鹽巖。總體上區域內含煤地層巖性由灰色至深灰色細砂巖、粉砂巖、泥質粉砂巖、粉砂質泥巖、泥巖、少量泥質灰巖、炭質泥巖、鋁質泥巖、泥巖及煤層等組成。

2. 可采煤層情況

區內二疊系含煤地層厚220～460 m，含可采煤層2～24層，可采厚度3.0～29.8 m。由東往西，含煤性較好：東部碧痕營一帶含可采煤層2～3層（煤層編號5、14號煤層），可采厚度3 m左右；向西至普安新田、九峰一帶，含可采煤層5～6層（煤層編號1、5、6、13、14、17、21、22號煤層），可采厚度8～10 m；至羊場以西，可采煤層15～24層（煤層編號1、3、4、5、6、7、9、10、12、15、16、17、18、19、20、24、29號煤層），可采厚度一般在20 m 以上。區內煤層煤質及煤類特征見表1。各煤層煤質、煤類特征不一樣工業用途不盡相同，焦煤通過洗選精煤可作冶金焦用煤，貧煤和無煙煤可供動力用和氣化用。

3. 可采煤層頂、底板巖性特征

盤州礦區，含煤地層巖性主要為碎屑巖，1、3、4、5、6、7、9、10、12、15、16、17、18、19、20、24、29號煤層頂板巖性以泥質粉砂巖、粉砂質泥巖、粉砂巖及細砂巖為主，由于區內可采煤層較多，大部分煤層間距相對小，上部煤層底板即為下部煤層頂板，巖性亦主要為泥質粉砂巖、粉砂質泥巖、粉砂巖及細砂巖。與煤層頂板巖性不同的是大部分煤層直接底板為含植物根的泥巖或粉砂質泥巖[1]。根據不同巖類粒度的不同泥和砂的含量，粒度較細為泥質巖和粒度較粗的為砂質巖類，砂質巖類主要為粉砂巖、細砂巖及細砂質泥巖等，泥質巖類則主要由泥巖、粉砂質泥巖、炭質泥巖及鋁質泥巖等構成。泥質巖類硬度上相對較低，多為軟巖質及軟巖，力學強度較低，穩定性相對較差，砂質巖類硬度相對較高，多為較硬巖至堅硬巖，力學強度相對較高，穩定性中等至好[2-3]。

4. 可采煤層頂、底板巖體質量分級

六盤水煤田含煤地層主要為碎屑巖沉積，夾碳酸鹽巖。碎屑巖以細砂巖、粉砂巖、泥質粉砂巖、粉砂質泥巖、泥巖、鋁土巖、煤層為主，多為層狀結構，少量碎裂結構：碳酸鹽巖以泥質灰巖、灰巖為主，多為塊狀結構，少量碎裂結構。依據巖體質量指標法各礦區各可采煤層頂、底板巖體質量等級情況如下：

據統計，土城礦、月亮田礦、山腳樹礦各可采煤層頂、底板RQD值及單軸飽和抗壓強度，采用巖體質量指標法計算公式M=R_C／30· RQD 計算M值，評價各可采煤層頂底板巖體質量等級情況，見表2。

5. 可采煤層頂、底板穩定性評價

該區域含煤地層為二疊系上統龍潭組，煤層頂、底板巖性主要為碎屑巖類，夾少量碳酸鹽巖。碎屑巖以泥質粉砂巖、粉砂質泥巖、細砂巖、粉砂巖及泥巖為主，碳酸鹽巖主要為灰巖及泥質灰巖。各可采煤層頂、底巖性完整性不同、抗壓強度不同、巖體質量等級不同，頂、底板穩定性存在一定差異[4-5]。根據表2中不同煤層頂底板巖體各項指標綜合分析可得出：1、3、4、5、6、7、9、10、12、13、17、18、22、29號煤層頂、底板及19號煤層底板、24號煤層頂板、27號煤層底板巖石質量等級均為Ⅲ級，巖體完整性為中等完整，穩定性中等；15號煤層底板（16號煤層頂板）、19號煤層底板（20號煤層頂板）、24號煤層底板（27號煤層頂板）巖石質量等級均為Ⅳ級，巖體完整性差，穩定性差；20號煤層底板（21號煤層頂板）巖石質量等級均為Ⅱ級，巖體較完整，穩定性中等。

綜上所述，盤州礦區可采煤層頂、底板穩定性大部分為中等，部分煤層頂、底板穩定性差。區內含煤地層為上二疊系，煤層頂、底板巖性主要為細砂巖、粉砂巖、泥質粉砂巖、粉砂質泥巖、泥巖、煤層、炭質泥巖等碎屑巖，多為層狀，少量碎裂結構。該地層中細砂巖、粉砂巖、泥質粉砂巖屬較硬巖至堅硬巖組，飽和單軸抗壓強度一般大于30MPa，力學強度中等，有一定遇水軟化性，巖石完整性較好，巖體穩定性總體上為中等；而粉砂質泥巖、泥巖、炭質泥巖屬較軟巖至軟巖組，力學強度低，遇水時極易軟化，塑性強，巖石完整性不好，巖體穩定性差。此外，煤層頂、底板穩定性受構造影響較大。區內發育的斷層，形成的斷層破碎帶，破壞了巖體原有的結構和完整性，降低了巖體的力學強度。井巷通過斷層時，由于巖石破碎及地下水的影響圍巖的穩固性很差。很可能造成變形、底鼓、縮頸、頂板冒落、垮落、塌陷等不良工程地質現象。