淺議沉積相在煤炭地層巖石力學(xué)勘測中的作用

■畢壘　劉榮志　馮英明（山東省煤田地質(zhì)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(xué)勘測中的作用

■畢壘劉榮志馮英明
（山東省煤田地質(zhì)局第一勘探隊山東棗莊277500）

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

巖石特征地層構(gòu)造三角洲沉積相分析

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

本文提出以影響巖石力學(xué)參數(shù)性質(zhì)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(jié)物的比例、孔隙情況、節(jié)理發(fā)育等，作為判斷巖層力學(xué)參數(shù)的主線，以埋藏的地質(zhì)年代、埋藏深度作為修訂因子，在定性的基礎(chǔ)上建立一種簡單定量確定巖石力學(xué)參數(shù)的新方法。

1　巖層沉積特征的選擇

煤層頂板與底板成巖環(huán)境的不同，巖層的各類參數(shù)也有一定的差異。沉積巖中最重要的特征是其成分、顏色、結(jié)構(gòu)與沉積構(gòu)造，本文把沉積成巖中的對巖層力學(xué)特性影響較大、較易獲取的四個參數(shù)提取出來作為判斷巖層力學(xué)性質(zhì)的沉積參數(shù)，參數(shù)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(nèi)，粒度越小，巖層越密實，巖層的硬度等力學(xué)參數(shù)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(shù)值進行量化。2、填隙物中膠結(jié)物的比例多少。填隙物由膠結(jié)物與雜基組成，膠結(jié)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(jié)物的含量多少可以作為衡量巖石硬度與強度的參數(shù)之一，用多、中、少來描述，用3、2、1來量化。3、孔隙結(jié)構(gòu)。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?？梢杂枚?、中、少來進行描述，用1、2、3進行數(shù)值量化。4、節(jié)理發(fā)育情況。沉積巖節(jié)理的發(fā)育情況也直接影響巖石的硬度與強度，節(jié)理越發(fā)育，巖石的強度與硬度越低，所以可以用不發(fā)育、中、發(fā)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(guān)鍵地層與關(guān)鍵參數(shù)的選取

（1）含煤地層關(guān)鍵地層的選取。根據(jù)對采煤工作面具有重要影響作用的頂板作為關(guān)鍵層理論和對具有直接影響關(guān)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(guān)鍵層的劃分與力學(xué)參數(shù)的估算。

（2）巖層關(guān)鍵力學(xué)參數(shù)的選取。對于一個巖層各類運動參數(shù)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(shù)為主要估算對象。

（3）巖石的五級分類法。在對巖層三大參數(shù)估算過程中，每個參數(shù)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(qū)間，每個區(qū)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(jù)巖石的五個級別，定性的對應(yīng)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(nèi)的中值作為定量的取值標準。依據(jù)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(xué)參數(shù)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(jù)表1提供的數(shù)據(jù)及巖層的巖性描述，確定各個特征的取值，然后依據(jù)公式S=A1×A2×A3×A4進行計算，式中A1―A4分別對巖層粒度、膠結(jié)物、孔隙、節(jié)理四個特征的取值，S為巖層的特征取值。

4　結(jié)語

任何一種巖石的力學(xué)性質(zhì)都在很寬的范圍內(nèi)變化，這些變化對工程設(shè)計及圍巖穩(wěn)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(zhì)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(xué)參數(shù)方面有一定的進展。

[1]孟召平，煤層頂板沉積巖體結(jié)構(gòu)及其對頂板穩(wěn)定性的影響[M].北京：中國礦業(yè)大學(xué).1999

[2]萬靜萍等.沉積學(xué)簡明教程[M].武漢.中國地質(zhì)大學(xué)出版社.1992.

X752[文獻碼]B

1000-405X（2016）-1-214-1