吐哈煤田干溝礦區(qū)工程地質(zhì)特征及開采條件分析

毛 明

（新疆煤田地質(zhì)局156煤田地質(zhì)勘探隊）

吐哈煤田干溝礦區(qū)位于吐哈煤田西南邊緣的艾丁湖斜坡帶，屬低山邊緣斜坡地帶，總體平緩，可采煤層9層（6、7-1、7-2、7-3、8、9-1、9-2、10-4、11）。具有煤炭資源儲量大、煤層厚、煤質(zhì)好、污染小等特點，但煤層埋藏較深，并且局部地段內(nèi)一定深度下存在高溫區(qū)。含煤系地層位于混合水位以下，礦區(qū)巖性復(fù)雜，巖石完整性差。煤層頂?shù)装鍘r石泥質(zhì)含量高，黏結(jié)性差，層間結(jié)合力較弱。為了提高資源利用效率，提升礦區(qū)的價值，對礦區(qū)的工程地質(zhì)特征、開采技術(shù)條件進(jìn)行分析［1-5］。

1 礦區(qū)工程地質(zhì)特征

1.1 巖石工程地質(zhì)特征

根據(jù)礦區(qū)巖石性質(zhì)，將礦區(qū)巖石劃分為3個大的工程地質(zhì)巖段，分別為第四系松散巖段、古近系半固結(jié)巖類巖段和侏羅系沉積碎屑巖類巖段。

第四系松散巖段在礦區(qū)廣泛分布，堆積成分復(fù)雜，無植被覆蓋，為灰黃色、灰褐色碎屑礫石、砂、土混合而成。礫石成分復(fù)雜，多為棱角狀或次棱角狀，礫徑大小不等，礫石礫徑一般在2～10 cm，未膠結(jié)，無分選，松散。

古近系半固結(jié)巖類巖段在礦區(qū)廣泛發(fā)育，巖性以一套紅褐色、棕褐色、紫紅色泥巖、砂巖，磨圓度為次棱角狀，分選性差。結(jié)構(gòu)松散，整體強(qiáng)度低，巖體塑性強(qiáng)，變形時間效應(yīng)明顯。

侏羅系沉積碎屑巖類巖段按其含煤特點及巖性、巖相、沉積旋回特征，由新到老依次劃為侏羅系中統(tǒng)頭屯河組（J2t）、侏羅系中統(tǒng)西山窯組上段（J2x2）、侏羅系中統(tǒng)西山窯組下段（J2x1）、侏羅系下統(tǒng)三工河組（J1s）、侏羅系下統(tǒng)八道灣組上段（J1b2）、侏羅系下統(tǒng)八道灣組下段（J1b1）。其中八道灣組上段（J1b2）和西山窯組下段（J2x1）為含煤段。

侏羅系中統(tǒng)西山窯組下段含煤巖段從侏羅系中統(tǒng)西山窯組底界至6號煤層頂界，是西山窯組的含煤巖段。巖性以灰色、深灰色中、粗砂巖為主，粉、細(xì)砂巖次之，含大量植物化石。含煤5層，自上而下編號依次為6、7-1、7-2、7-3、7-4號（不可采）。巖石飽和狀態(tài)抗壓強(qiáng)度為0.1～50.1 MPa，平均值為3.43 MPa，為極軟—較軟巖；軟化系數(shù)為0.06～0.87，平均值為0.21，易軟化。巖石質(zhì)量等級多為極劣—劣，巖體完整性為差—破碎。

侏羅系下統(tǒng)八道灣組上段含煤巖段是八道灣組的含煤巖段，從11號煤層底板下部的粗顆粒砂巖底界至八道灣組頂界，巖性以灰色、深灰色中、粗砂巖為主，粉、細(xì)砂巖次之，含大量植物化石。巖石飽和狀態(tài)抗壓強(qiáng)度在0.1～49.5 MPa，平均值為4.83 MPa，為極軟—較軟巖；軟化系數(shù)為0.03～0.90，平均值為0.29，易軟化。巖石質(zhì)量等級多為極劣—劣，巖體完整性為差—破碎。

2.2 含煤地層巖石物理力學(xué)特征

對主要可采煤層頂板以上30 m至底板以下20 m范圍內(nèi)，較系統(tǒng)地分層采集了煤層的頂、底板巖石物理力學(xué)試驗樣，結(jié)果見表1。

2.3 其他因素

2.3.1 瓦斯

對6、7-1、7-2、7-3、8、9-1、9-2、10-4、11號煤層瓦斯樣的分析（表2）可知，礦區(qū)內(nèi)各煤層瓦斯分帶多屬于二氧化碳—氮氣帶，氮氣—沼氣帶多分布于7-2、7-3號煤層。各煤層的瓦斯含量變化規(guī)律不明顯，CH4僅在局部聚集，測試為氮氣—沼氣帶的采樣點集中在地層傾向發(fā)生變化的轉(zhuǎn)折端。

2.3.2 煤塵

礦區(qū)各煤層煤塵均具爆炸性，火焰長度為230-（＞400）mm，巖粉含量為60%～90%，對主要可采煤層樣品進(jìn)行了自燃傾向性試驗。經(jīng)測試各煤層吸氧量為0.46～1.13 cm3/g。按自燃傾向性等級分類，大部分屬II類（自燃）煤，部分屬Ⅰ類（容易自燃）煤（表3）。

2.3.3 地 溫

以31～37℃屬一級高溫區(qū)的劃分原則，對礦區(qū)內(nèi)6個鉆孔（142-4孔、22-1孔、50-3孔、66-3孔、90-11孔、94-7孔）進(jìn)行地溫異常的鉆孔進(jìn)行統(tǒng)計，見表4。

可知，在礦區(qū)局部范圍內(nèi)大于600 m的深度存在高溫區(qū)，所以礦井生產(chǎn)過程中要加強(qiáng)地溫監(jiān)測，做好礦井中的降溫、通風(fēng)等工作。

3 開采技術(shù)條件

3.1 礦區(qū)水文地質(zhì)條件

礦區(qū)含煤巖系位于地下水位以下，巖性較復(fù)雜，巖體完整性差，含水層多，分布廣。但自然地理條件制約了地下水的補給，地下水類型提示地下水補、徑、排條件差，主要含水層具弱富水性。礦區(qū)水文地質(zhì)類型屬孔隙、裂隙類簡單型。

可采煤層的頂、底板巖石泥質(zhì)含量高，黏結(jié)弱，穩(wěn)定性差。且煤層及頂、底板巖石位于地下水水位以下，煤層頂、底板巖石因受地下水的影響，強(qiáng)度降低，且極易軟化。圍巖中的細(xì)粒相粉、細(xì)砂巖結(jié)構(gòu)面為層理面，次為局部地段的節(jié)理及裂隙。未來井采中因細(xì)粒相砂巖滲透性弱，相對持水性強(qiáng)，而軟化系數(shù)小于0.75，可能發(fā)生塊體塌落，易產(chǎn)生頂板冒落，底板底鼓、片幫等工程地質(zhì)問題。

3.2 開采方法及影響因素

礦區(qū)內(nèi)各煤層一般隨著深度和采集地點的不同，瓦斯成分有所不同。區(qū)內(nèi)各煤層瓦斯分帶均屬氮氣帶—沼氣帶。在礦井建成后生產(chǎn)過程中，對瓦斯應(yīng)進(jìn)一步測定和積累資料。并且大于600 m深度存在高溫區(qū)，因此對通風(fēng)系統(tǒng)和高溫、瓦斯進(jìn)行科學(xué)檢測和管理，以嚴(yán)格有效的措施，防止瓦斯聚集造成安全隱患，確保礦井安全生產(chǎn)。

礦區(qū)內(nèi)煤層均具爆炸性，但不強(qiáng)烈。各煤層屬自燃—易自燃煤。開采過程中，要采用嚴(yán)格有效預(yù)防措施，預(yù)防煤的自燃，確保安全生產(chǎn)，因此在礦區(qū)開采過程中還應(yīng)及時清理殘煤，防止礦井發(fā)生火災(zāi)。

礦區(qū)主要可采煤層為6號煤（平均厚度4.36 m）、7-1號（平均厚度4.93 m）、8號（平均厚度2.65 m）、9-1號（平均厚度4.56 m）。煤層賦存穩(wěn)定，沒有斷裂，適合普通綜采機(jī)開采。除主采煤層外，其他煤層均較?。ㄐ∮? m），適合刨煤機(jī)開采。

礦區(qū)可采煤層可采用井工開發(fā)方式，自然垮落法管理頂板。根據(jù)相關(guān)工作經(jīng)驗，巷道都能使用直墻半圓拱，順槽采用矩形，大巷采用錨網(wǎng)噴支護(hù)，噴厚100 mm。其中軌道石門與平巷需要鋪底，厚度為100 mm。回風(fēng)石門與帶式輸送機(jī)石門無需鋪底，順槽需要使用錨網(wǎng)進(jìn)行支護(hù)。

4 結(jié) 語

（1）由于礦區(qū)內(nèi)第四系松散巖類工程地質(zhì)巖段結(jié)構(gòu)松散，水位以下段具軟化及泥化作用，且可采煤層頂?shù)装鍘r石泥質(zhì)含量極高且內(nèi)部有裂隙，凝聚力差，可能發(fā)生塊體塌落，致使易產(chǎn)生頂板冒落，底板底鼓、片幫等工程地質(zhì)問題。在后期礦井的建設(shè)生產(chǎn)過程中要加強(qiáng)對巷道頂板的支護(hù)和防護(hù)，防止巷道發(fā)生垮塌事件。

（2）礦區(qū)東部地區(qū)位于艾丁湖邊緣地帶，部分煤層及頂?shù)装逦挥诘叵滤灰韵?，因此受地下水位影響巖石的強(qiáng)度會降低。但自然地理條件制約了地下水的補給，地下水化學(xué)類型提示地下水補、徑、排條件差，運移遲緩，交替不頻，但是在礦井的建設(shè)級后期的生產(chǎn)過程中要加強(qiáng)動態(tài)水溫檢測預(yù)防透水事故的發(fā)生。

（3）瓦斯含量僅在局部聚集，煤層自然性級煤塵爆炸性均屬于不強(qiáng)烈的類型，深度大于600 m的區(qū)域存在高溫區(qū)，要加強(qiáng)通風(fēng)降溫工作。

（4）礦區(qū)可采煤層賦存穩(wěn)定，沒有斷裂，但由于煤層頂?shù)装鍘r石泥化明顯，在開采過程中應(yīng)加強(qiáng)井壁支護(hù)，針對不同井段采取相應(yīng)的支護(hù)防范措施。