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    豐城尚莊煤礦工程地質(zhì)條件分析

    2020-02-15 12:36:22邱開國
    江西煤炭科技 2020年4期
    關鍵詞:樂平摩擦角工程地質(zhì)

    邱開國

    (江西中煤勘察設計總院有限公司,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;采礦權人為:江西煤業(yè)集團有限責任公司;開采深度由+36~-950 m標高,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→近東西構造格局,總體構造形態(tài)為一單斜,斷層不甚發(fā)育,構造復雜程度為簡單。 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,煤層結構簡單,在尚莊煤礦采礦權范圍內(nèi)確定為穩(wěn)定煤層[1]。本次核實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)條件復雜,礦床的綜合開采技術條件仍屬以環(huán)境地質(zhì)為主的開采技術條件復雜的礦床(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、風化程度、裂隙發(fā)育程度及主要的巖石強度將區(qū)內(nèi)巖石劃分為三個工程地質(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—堅硬,稍密—中密, 屬松散巖組。 試驗結果:單軸抗壓強度(飽和)為0.33 ~7.5 MPa,抗剪強度0.55~2.32 MPa,凝聚力1.78 MPa,內(nèi)摩擦角14.6°[2]。

    (2)半堅硬巖組

    二疊系上統(tǒng)樂平組王潘里段(P3l4)

    巖性由細砂巖、粉砂巖、泥巖和煤組成,C23煤層頂?shù)装辶W強度試驗結果:細砂巖、粉砂巖的單軸飽和抗壓強度為5.38~18.70 MPa, 抗剪強度為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)

    巖性由細砂巖、粉砂巖、泥巖、炭質(zhì)泥巖和煤組成,煤層頂?shù)装辶W強度細砂巖、粉砂巖、中砂巖的單軸飽和抗壓強度為5.2~40.60 MPa, 抗剪強度為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)堅硬巖組

    ①三疊系下統(tǒng)大冶組P1d灰?guī)r。 質(zhì)純性脆,力學試驗結果:單軸飽和抗壓強度為19.5~24.8 MPa,抗剪強度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~細晶質(zhì)厚層狀灰?guī)r,致密、堅硬,該層巖體完整,力學強度高,單軸飽和抗壓強度為18.90~35.70 MPa,抗剪強度為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~細粒砂巖為主,致密、堅硬,抗風化能力強。 單軸抗壓強度(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, 間夾細砂巖、砂質(zhì)泥巖及粉砂巖。

    1.2 結構面工程地質(zhì)特征

    本礦區(qū)結構面發(fā)育一般,區(qū)內(nèi)巖體主要有碎裂結構、層狀結構兩大結構類型。 現(xiàn)將各種巖體結構類型對應巖體結構面特征敘述如下:

    (1)碎裂結構

    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構巖體, 結構體為大小不等、形態(tài)不一的巖塊,且呈不規(guī)則狀,區(qū)內(nèi)斷層結構發(fā)育,查明斷層十余條。 結構面巖體強度小、穩(wěn)定性較差,礦區(qū)內(nèi)巖體裂隙發(fā)育,屬Ⅳ級結構面,大部分細微裂隙則屬Ⅴ級結構面,穩(wěn)定性一般。

    (2)層狀結構

    巖層具粉砂巖、(粉砂質(zhì)) 泥巖巖組的典型結構,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,大大降低了結構面的抗剪強度,巖體在失去原巖應力平衡狀態(tài)后,易離層或沿剪切滑動面滑脫失穩(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,有時含黃鐵礦結核,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,巖性致密堅硬,不易垮落,易管理支護。

    ④底板:以泥巖(粘土巖)為主,有時為細粉砂巖或炭質(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),團塊狀構造,含植物根部化石及黃鐵礦結核,具鮞狀結構,有滑感,遇水膨脹,開采時易發(fā)生底鼓。

    (2)頂、底板力學性質(zhì)

    煤層頂板細砂巖、粉砂巖、中砂巖的抗壓強度為5.22~40.60 MPa,抗剪強度為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)泥巖底板開采時易發(fā)生底鼓。

    2 工程地質(zhì)條件在本核實期內(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,部分鈣質(zhì)、鐵質(zhì)膠結,總體硬度較大,屬半堅硬巖層。

    主要運輸大巷一般選擇在巖石堅固性系數(shù)比較大的官山砂巖層位中,抗壓強度大、巷道底鼓變形小,對巷道中的細粉砂巖采用錨桿梯子梁全斷面掛網(wǎng)的聯(lián)合噴漿主動式支護,巷道狀況非常好。 另外在穿過斷層、 軟弱層時除采取上述先進工藝外,還及時補打錨索,使困難地段的支護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,礦區(qū)工程地質(zhì)條件沒有明顯變化。

    3 工程地質(zhì)條件預測評價

    尚莊煤礦隨著開采面積擴大、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,特別是斷裂結構面附近,巖體強度小、穩(wěn)定性較差,具備坍塌、滑移的條件,有壓縮變形的可能。 井巷圍巖通過結構面時易失穩(wěn)破壞,可引發(fā)頂板冒落,但加強支護后穩(wěn)定性較好,預測其工程地質(zhì)條件變化不大。

    4 結語

    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、細粒砂巖,屬半堅硬巖層,圍巖類別屬Ⅲ類。 本次核實期內(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。

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