新疆吉木薩爾縣紅橋煤礦工程地質(zhì)及其開采技術(shù)條件分析與研究

楊宜原

摘 ? 要：本文通過對(duì)吉木薩爾縣紅橋煤礦的巷道揭露、鉆探、物探、等地質(zhì)勘查資料的調(diào)查;以煤田地質(zhì)勘查、礦井地質(zhì)等理論為指導(dǎo);對(duì)礦區(qū)的工程地質(zhì)、瓦斯、煤塵及煤的自燃、環(huán)境地質(zhì)等開采技術(shù)條件進(jìn)行全面的總結(jié)和歸納分析;從而為合理規(guī)劃、開發(fā)礦區(qū)的煤炭資源，促進(jìn)礦區(qū)煤炭工業(yè)健康有序發(fā)展，加快礦區(qū)建設(shè)，提供了必要的理論和技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：紅橋煤礦 ?工程地質(zhì) ?瓦斯 ?自燃 ?環(huán)境地質(zhì)

中圖分類號(hào)：TD8 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號(hào)：1674-098X（2019）06（b）-0076-02

新疆吉木薩爾縣紅橋煤礦位于吉木薩爾縣城南14km炭窯子溝河畔，行政區(qū)劃屬吉木薩爾縣大有鄉(xiāng)管轄。其工程地質(zhì)及其開采技術(shù)條件較為復(fù)雜。

1 ?工程地質(zhì)

1.1 巖石力學(xué)特征

井田內(nèi)地層由泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)粉砂巖夾砂巖、含礫砂巖和煤層組成，以粉砂質(zhì)和泥質(zhì)巖石為主，僅局部見有砂巖和含礫砂巖。呈陡傾的單斜狀態(tài)產(chǎn)出，節(jié)理不發(fā)育，由巖層界面演化形成的裂隙中等發(fā)育，礫巖、砂巖中有一定的孔隙。本次在ZK202孔南槽和北槽煤層頂?shù)装宸謩e采集了4組巖石物理力學(xué)性能試驗(yàn)樣品，分析結(jié)果反映各組樣品物理力學(xué)性能指標(biāo)接近，南槽煤層頂板、夾矸、北槽煤層頂板（相當(dāng)于南槽煤層底板）和底板巖石飽和狀態(tài)下單軸抗壓強(qiáng)度分別為3.1MPa、4.4MPa、11.6MPa和11.8MPa，按照巖石單軸極限抗壓強(qiáng)度分級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，巖石強(qiáng)度屬于軟巖類;干燥狀態(tài)下南槽煤層頂板、夾矸、北槽煤層頂板（相當(dāng)于南槽煤層底板）和底板巖石單軸抗壓強(qiáng)度分別為15.9MPa、17.6MPa、30.1MPa和32.7MPa，軟化系數(shù)分別為0.19、0.25、0.39和0.36，均小于0.75，屬于易軟化巖石，飽和狀態(tài)下易軟化變形或碎裂，力學(xué)強(qiáng)度大幅度下降。天然狀態(tài)下南槽煤層頂板、夾矸、北槽煤層頂板（相當(dāng)于南槽煤層底板）和底板巖石單軸抗拉強(qiáng)度分別為0.9MPa、1.4MPa、3.6MPa和2.1MPa，內(nèi)摩擦角分別為40.0°、29.9°、28.4°和33.7°，凝聚力系數(shù)分別為2.04、3.91、6.90和5.46，反映煤層頂?shù)装鍘r石抗拉強(qiáng)度和抗剪斷能力差，根據(jù)鉆孔巖心統(tǒng)計(jì)的RQD值在25～75之間，反映質(zhì)量等級(jí)屬于劣的～中等的巖石。巖體結(jié)構(gòu)類型為層狀結(jié)構(gòu)，巖體質(zhì)量系數(shù)介于0.1～0.3之間，巖體質(zhì)量等屬于“壞”的類別。

1.2 工程地質(zhì)條件評(píng)價(jià)

井田內(nèi)煤層厚度大，巖層陡立，原始沉積層理較發(fā)育，經(jīng)構(gòu)造變動(dòng)破壞后又產(chǎn)生了一定的構(gòu)造裂隙;煤層頂?shù)装逡苑凵百|(zhì)和泥質(zhì)巖石為主，屬于易軟化的軟巖類;井田西鄰炭窯子溝，受河流測(cè)向補(bǔ)給影響，巖層有一定的富水性;所以本井田煤層及其頂?shù)装鍘r層穩(wěn)定性較差，可能產(chǎn)生片幫現(xiàn)象，井田工程地質(zhì)條件中等復(fù)雜。

2 ?瓦斯、煤塵及煤的自燃

2.1 瓦斯

《新疆昌吉州吉木薩爾縣煤炭公司聯(lián)營(yíng)煤礦儲(chǔ)量簡(jiǎn)測(cè)報(bào)告》顯示井田內(nèi)廢棄礦井當(dāng)年瓦斯鑒定結(jié)果為低瓦斯礦井。礦井煤層瓦斯含量及成份組成與相鄰區(qū)域開采同一煤層、開采方法相似的礦井基本接近，隨著開采深度的增加，瓦斯含量必然增加，建議設(shè)計(jì)和開采過程中要采取相應(yīng)的措施，生產(chǎn)中加強(qiáng)通風(fēng)管理，防止礦井瓦斯局部聚集引起瓦斯爆炸事故。

2.2 煤塵爆炸性

井田煤塵爆炸性試驗(yàn)結(jié)果反映：火焰長(zhǎng)大于400mm，巖粉量達(dá)80%，鑒定結(jié)果為井田煤塵具有爆炸性。

2.3 煤的自燃傾向等級(jí)

井田內(nèi)未發(fā)現(xiàn)煤層自燃，廢棄礦井生產(chǎn)過程中未曾發(fā)生煤炭自燃。

井田內(nèi)各煤分層及組合分析結(jié)果：氧化樣著火溫度309℃～313℃，原樣著火溫度312℃～316℃，還原樣著火溫度313℃～319℃，氧化-還原著火點(diǎn)溫差4℃～7℃，按照煤的自燃傾向性等級(jí)分類標(biāo)準(zhǔn)，屬于不自燃煤。

相鄰的富通煤礦揭露的煤層露頭曾發(fā)生過自燃。

根據(jù)以上分析，井田煤層有自燃的可能性，未來礦井設(shè)計(jì)及開采過程中應(yīng)采取相應(yīng)措施，及時(shí)封閉采空區(qū)，清理落煤，加強(qiáng)井巷通風(fēng)，防止煤層自燃發(fā)火，確保安全生產(chǎn)。

2.4 地溫

經(jīng)勘查，井田內(nèi)未發(fā)現(xiàn)地溫異常。

3 ?環(huán)境地質(zhì)

3.1 井田環(huán)境地質(zhì)現(xiàn)狀

井田地處博格達(dá)山北麓—準(zhǔn)噶爾盆地南緣，屬山前平原，海拔1130～1174m，總體地勢(shì)東南高、西北低，地形起伏不大，基本為平原地貌和洪積臺(tái)地地貌，相對(duì)高差2～4m。

井田屬中溫帶大陸干旱氣候，降雨量小，蒸發(fā)量大，氣候干燥。10月至翌年3月為冰凍期，凍土厚度1.0～1.4m。

勘查區(qū)主要土地類型為裸土地，中東部為旱地。

該井田地震動(dòng)峰值加速度為0.15g，地震基本設(shè)防烈度為Ⅶ度。

煤礦為地下開采，設(shè)計(jì)生產(chǎn)規(guī)模9萬t/年，屬小型礦山。

礦山目前崩塌、滑坡、泥石流、地面沉降等地質(zhì)災(zāi)害不發(fā)育，由于采空區(qū)頂板冒落，井田西部廢棄礦井采空區(qū)發(fā)現(xiàn)有一處地面塌陷和小規(guī)模的地裂縫，塌陷坑平面形態(tài)長(zhǎng)方形，剖面形態(tài)為錐形，上口規(guī)模一般為3×15m，最大深度8m，目前已處于穩(wěn)定狀態(tài)。

3.2 礦山地質(zhì)災(zāi)害危險(xiǎn)性預(yù)測(cè)和綜合評(píng)估

3.2.1 預(yù)測(cè)評(píng)估

井田為平原區(qū)，遠(yuǎn)離山區(qū)和沖洪積扇區(qū)，沒有充足的碎屑物來源，預(yù)測(cè)分析礦山崩塌、滑坡、泥石流災(zāi)害危險(xiǎn)性小。

礦區(qū)地表松散堆積物不發(fā)育;區(qū)域范圍沒有大規(guī)模抽排地下水和油氣資源的活動(dòng)，所以不易產(chǎn)生地面沉降，地面沉降危險(xiǎn)性小。

井田范圍內(nèi)煤層頂?shù)装宥酁榉凵百|(zhì)和泥質(zhì)巖石，巖層傾角68°～72°，飽和狀態(tài)下巖石單軸極限抗壓強(qiáng)度小于40MPa，采空區(qū)頂板管理辦法為全部陷落法，采煤工作面最小階段垂高（h）20m，可采煤層累計(jì)采厚（M）22.13m，根據(jù)《礦區(qū)水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘探規(guī)范》[1]參考性附錄中經(jīng)驗(yàn)公式Hc=0.5M和Hf=100Mh/（7.5h+293）+7.3計(jì)算，未來礦井采空區(qū)塌陷產(chǎn)生的冒落帶最大高度Hc=11.07m，導(dǎo)水裂隙帶最大高度Hf為107.21m。根據(jù)《煤礦地質(zhì)學(xué)》[2]冒落帶高度計(jì)算公式：H=M/[（K-1）COSα]（α為巖層傾角;K為冒落系數(shù)，一般取1.3）計(jì)算，冒落帶高度為215.68m。又根據(jù)《采礦工程設(shè)計(jì)手冊(cè)》[3]中冒落帶高度和導(dǎo)水裂隙帶高度計(jì)算公式：H=（M/0.15）COSα和Hd=（2～3）H計(jì)算，冒落帶高度為50.46m，導(dǎo)水裂隙帶高度為100.92～151.38m。而礦山開采上限深度為60余m，現(xiàn)狀調(diào)查礦山已發(fā)生地面塌陷，所以預(yù)測(cè)未來礦山開采區(qū)域可能發(fā)生地裂縫和地面塌陷災(zāi)害，不但破壞地貌景觀，破壞耕地，還會(huì)威脅采空區(qū)上方建筑物及人身安全，其危險(xiǎn)性大，礦山擴(kuò)建設(shè)計(jì)和開采過程中應(yīng)引起足夠重視。

3.2.2 綜合評(píng)估

未來礦山主要的地質(zhì)災(zāi)害是地面塌陷和地裂縫。

總體評(píng)價(jià)礦山地質(zhì)環(huán)境條件復(fù)雜程度中等。

3.3 地質(zhì)環(huán)境問題

（1）井田煤層結(jié)構(gòu)較復(fù)雜，頂、底板巖石穩(wěn)定性差，開采過程中必然產(chǎn)生一定的矸石，堆放地表可能發(fā)生自燃，堆垛高度過大可能產(chǎn)生崩塌災(zāi)害，露天堆放影響地面自然景觀，矸石風(fēng)化裂解后隨水流入河谷會(huì)造成河流污染。

（2）煤炭?jī)?chǔ)存、運(yùn)輸過程中產(chǎn)生的廢渣、粉塵或撒落地面，或隨風(fēng)飄散，可能造成空氣和環(huán)境污染。

（3）礦井廢水排放也是產(chǎn)生環(huán)境污染的因素之一。未來礦井每日排水近3000m3。水內(nèi)含煤泥等懸浮物及多種重金屬，長(zhǎng)期排放可能對(duì)地表水體和土壤產(chǎn)生輕微的污染。

參考文獻(xiàn)

[1] GB12719—1991《礦區(qū)水文地質(zhì)工程地質(zhì)勘探規(guī)范》[S].

[2] 楊孟達(dá).煤礦地質(zhì)學(xué)[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2006.

[3] 張榮立，何國(guó)緯.采礦工程設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：煤炭工業(yè)出版社，2003.