樺甸礦區(qū)油頁巖地層工程地質(zhì)條件分析

朱同祥，劉玉春，賈廣興

樺甸市豐泰油頁巖公司，吉林 樺甸 132400

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樺甸礦區(qū)油頁巖地層工程地質(zhì)條件分析

朱同祥，劉玉春，賈廣興

樺甸市豐泰油頁巖公司，吉林 樺甸 132400

吉林樺甸礦區(qū)為我國東北地區(qū)重要能源基地之一。為滿足礦區(qū)大規(guī)模開發(fā)需要，本文在前期工作基礎(chǔ)上，對礦區(qū)油頁巖礦層及圍巖的力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行了綜合分析，對礦區(qū)地層工程地質(zhì)條件進(jìn)行了評價，研究成果可為軟巖礦區(qū)井巷支護(hù)提供參考。

樺甸礦區(qū)；工程地質(zhì)；分析

0 引言

吉林省樺甸礦區(qū)油頁巖地層巖性軟弱，隨著采掘工作逐步向深部延伸，井巷施工支護(hù)難度越來越大。為了查明礦區(qū)巖石工程地質(zhì)條件，以便為井巷支護(hù)提供技術(shù)支持，礦區(qū)內(nèi)各施工單位均做了大量基礎(chǔ)工作，測試了各自井田范圍內(nèi)巖石的物理力學(xué)性質(zhì)，基本查明了礦體及圍巖的巖性組合、巖體結(jié)構(gòu)和巖體質(zhì)量。本文在前期工作的基礎(chǔ)上，對各單位資料進(jìn)行了系統(tǒng)匯總和分析，對礦區(qū)工程地質(zhì)條件進(jìn)行了評價，以期為整個礦區(qū)的軟巖支護(hù)工作提供參考。

1 樺甸礦區(qū)概況

樺甸礦區(qū)位于吉林省樺甸市境內(nèi)，地處長白山余脈，松花江上游。礦區(qū)為一東西向展布的半地塹盆地，東西長約15 km，南北寬約4 km，面積約40 km2，盆地內(nèi)沉積新生界古近系含煤、油頁巖、石油及天然氣地層（見圖1）。其中油頁巖資源含油率高（一般為8%～13%），灰分產(chǎn)率低（52.97%～62.10%），在工業(yè)上屬低灰分、高含油率油頁巖類型，具有重要的開發(fā)利用價值。目前，樺甸礦區(qū)已建設(shè)成為國家油頁巖綜合利用示范基地，為我國東北地區(qū)重要能源基地之一。礦區(qū)內(nèi)現(xiàn)有6對油頁巖礦井和3對煤礦生產(chǎn)，生產(chǎn)能力450萬噸/年。

2 礦區(qū)地層沉積概況

樺甸盆地形成于新生代古近紀(jì)始新世，是在中生代基礎(chǔ)上發(fā)育而成的斷陷式半地塹盆地，沉積樺甸組地層。該組地層分為三段，分別為下部含黃鐵礦段、中部含油頁巖段和上部含煤段。

該段地層位于樺甸組下部，與下部白堊系黑崴子組成角度不整合接觸。下部為深灰色、黑色泥巖夾薄層炭質(zhì)頁巖和薄層硫化鐵礦；中部以灰綠色粉砂巖為主，泥質(zhì)膠結(jié)，間夾紫紅色薄層泥巖和薄層白色石膏；上部為灰綠色泥巖、粉砂巖，中間夾有紫紅色泥巖。地層平均厚度280 m

圖 1 吉林省樺甸盆地地質(zhì)構(gòu)造圖Fig.1 Geological structure map of Huadian Basin in Jilin Province

該段地層位于樺甸組中部，是指含黃鐵礦段以上至第一層油頁巖頂板頁巖之間的地段，該段地層由灰黑色至黑色致密狀泥巖、油頁巖及灰色砂巖組成，賦存油頁巖26層，其中具有工業(yè)價值的油頁巖134層。地層平均厚度245 m。

該段地層位于樺甸組上部，下至第一層油頁巖頂板以上的地層，上至第四系地層，與第四系為不整合接觸。上部巖性以粉砂巖、細(xì)砂巖、砂巖為主，中夾泥巖、炭質(zhì)頁巖，含有2～3層薄煤層，最厚0.6 m；中部以灰黑色和黑色泥巖為主，夾少量頁巖、粉砂巖和薄層炭質(zhì)頁巖；下部主要巖性為灰色至灰黑色頁巖、粉砂巖和灰色細(xì)砂巖，夾少量粗砂巖，沉積薄煤層18層，其中具有工業(yè)價值的煤層4層。該段地層平均厚度290 m。

3 礦區(qū)巖石工程地質(zhì)條件分析

3.1 礦區(qū)地層巖性特征

樺甸礦區(qū)油頁巖礦層賦存于樺甸組中部含油頁巖段，該段共沉積油頁巖26層，其中有工業(yè)價值的13層，可利用油頁巖平均總厚度24.13 m。油頁巖礦層及圍巖層理發(fā)育，巖性普遍膠結(jié)差，松散、破碎。頂?shù)装鍘r性主要為砂巖、粉砂巖和泥巖。砂巖，灰-灰白色，主要礦物成分以石英、云母為主，長石次之，泥質(zhì)和鈣質(zhì)膠結(jié)，塊狀構(gòu)造，多為中至細(xì)粒結(jié)構(gòu)。

粉砂巖，灰-灰黑色，粉砂質(zhì)結(jié)構(gòu)，塊狀構(gòu)造，參差狀斷口，主要礦物成分以石英長石為主，其次為泥質(zhì)成分。

泥巖，深灰色-灰黑色，部分灰綠色，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，頁理構(gòu)造，斷口平坦，主要礦物為粘土質(zhì)物質(zhì)。油頁巖，其顏色均深于圍巖，多為黃褐色-黑褐色，部分暗紅色，質(zhì)輕、較硬、具韌性，泥質(zhì)結(jié)構(gòu)，頁理構(gòu)造，斷口平坦，具油膩感。

3.2 礦區(qū)地層巖石力學(xué)性質(zhì)

受原始沉積環(huán)境和后期構(gòu)造變化及風(fēng)化程度等多種因素影響，樺甸礦區(qū)油頁巖礦層及其圍巖抗壓及抗拉強度極低，大部分巖石遇水軟化崩解。

樺甸礦區(qū)沉積地層主要由泥巖、砂巖和油頁巖組成，泥巖組和砂巖組巖石物理力學(xué)性質(zhì)測試數(shù)據(jù)如下：

泥巖組：單軸抗壓強度天然狀態(tài)3.35～29.21 MPa，平均10.96 MPa；飽和狀態(tài)為1.23～15.55 MPa，平均7.9 MPa；抗拉強度0.5～2.4 MPa，平均0.99 MPa；抗剪強度：C值1.2～2.3 MPa，平均1.6 MPa；φ值36.1o～49.4o，平均40.39o；相對密度2.55～2.90 g/cm3，平均2.65 g/cm3； 耐崩解性指數(shù)0.0～98.4，平均5.63。

砂巖組：單軸抗壓強度天然狀態(tài)10.68～50.61 MPa，平均19.68 MPa，飽和狀態(tài)3.06～24.27 MPa，平均14.06 MPa；抗拉強度0.4～3.2 MPa，平均1.29 MPa；抗剪強度：C值0.45～3.93 MPa，平均2.08 MPa；φ值35.2o～50.4o，平均40.16o；相對密度2.57～2.71 g/cm3，平均2.64 g/cm3； 耐崩解性指數(shù)0.0～99.8，平均23.57。

3.3 主采礦層及圍巖力學(xué)性質(zhì)

樺甸礦區(qū)油頁巖地層共賦存13層有工業(yè)價值的油頁巖礦層，其中第4、5、6層油頁巖厚度在1.50 m以上、含油率在8%以上，為目前礦區(qū)主要開采礦層，各礦井研究重點也大多集中在上述3個主采礦層。樺甸礦區(qū)主采油頁巖礦層及圍巖巖石物理力學(xué)性質(zhì)測試數(shù)據(jù)見下表1。

表 1 樺甸礦區(qū)主采油頁巖礦層及圍巖物理力學(xué)性質(zhì)一覽表Table 1 Physical and mechanical properties list of main oil shale seam and surrounding rock of Huadian mining area

3.4 礦區(qū)工程地質(zhì)條件評價

通過對樺甸礦區(qū)油頁巖礦層及圍巖巖性和巖石物理力學(xué)性質(zhì)分析，總體認(rèn)為：

（1）礦區(qū)主要開采礦層單軸抗壓強度17.10～22.85 MPa，平均值19.10 MPa，均低于國際巖石力學(xué)會巖石分類標(biāo)準(zhǔn)中軟巖（抗壓強度小于25 MPa）界定標(biāo)準(zhǔn)，屬于軟弱礦層。

（2）礦區(qū)油頁巖礦層頂?shù)装鍘r層為泥巖和砂巖，經(jīng)測試泥巖組天然狀態(tài)單軸抗壓強度為3.35～29.21 MPa，平均值10.96 MPa，砂巖組天然狀態(tài)單軸抗壓強度為10.68～50.61 MPa，平均值19.68 MPa，均屬軟弱巖層。

（3）礦區(qū)地層圍巖耐崩解性指數(shù)泥巖組巖為0.0～98.4，平均5.63；砂巖組為0.0～99.8，平均23.57；巖石耐崩解性指數(shù)差異較大，說明巖石遇水相互作用時粘結(jié)力差異大，巖層穩(wěn)定性差。

綜合評價，樺甸礦區(qū)油頁巖礦層及圍巖均為軟弱巖層，巖層穩(wěn)定性差，易發(fā)生坍塌、掉塊、冒落、片幫、滑坡及底板鼓起等不良工程地質(zhì)問題，給礦井開采頂板管理及井巷維護(hù)造成不利影響，其工程地質(zhì)條件為復(fù)雜類型。

4 結(jié)語

樺甸盆地形成于新生代古近紀(jì)始新世，沉積樺甸組油頁巖地層。受沉積環(huán)境和后期構(gòu)造變化等因素影響，礦層及圍巖巖性軟弱，巖層穩(wěn)定性差，易發(fā)生不良工程地質(zhì)問題，工程地質(zhì)條件為復(fù)雜類型。隨著采掘工作向深部延伸，井巷支護(hù)難度將越來越大，施工單位需要根據(jù)礦層及圍巖力學(xué)性質(zhì)參數(shù)，結(jié)合現(xiàn)場實際，選擇合理的支護(hù)方式和參數(shù)來保證支護(hù)效果。

［1］ 劉招君，楊虎林，等.全國油頁巖資源評價［M］.北京：中國大地出版社，2010.

［2］ 吳興濤，馬駿馳，等.吉林省樺甸市公郎頭區(qū)豐泰油頁巖礦資源儲量核實報告［R］.2011.

［3］ 閔延黨，徐 陽，等.吉林省樺甸市油頁巖礦田大城子深部區(qū)詳查報告［R］.2011.

Analysis of engineering geological conditions of oil shale formation in Huadian mining area

ZHU Tong-xiang， LIU Yu-chun， JIA Guang-xing
Fengtai Oil Shale Corporation of Huadian City， Huadian 132400， Jilin， China

Jilin Huadian mining area is one of the important energy bases in Northeast China. In order to meet the needs of large-scale development of mining area， this paper， based on the preliminary work， comprehensively analyses the mechanical properties of oil shale seam and surrounding rock， and evaluates the engineering geological conditions of stratum. The research results can provide reference for roadway support in soft rock mining area.

Huadian mining area； engineering geology； analysis

P618.12

B

1001—2427（2015）03 - 123 -3

2014-12-05；

2015-09-17

朱同祥（1962—），男，山東高密人，樺甸市豐泰油頁巖公司工程師.