六盤水煤田盤州礦區(qū)煤層頂、底板穩(wěn)定性分析

[關(guān)鍵詞] 工程地質(zhì)特征;穩(wěn)定性;工程地質(zhì)巖組;工程地質(zhì)問題

1. 地質(zhì)概況

盤州礦區(qū)位于貴州西部六盤水煤田的南部，大地構(gòu)造帶位于揚(yáng)子陸塊南部被動邊緣褶沖帶，區(qū)域地層主要有前震旦系、志留系、泥盆系、石炭系、二疊系、三疊系、第三系及第四系，二疊系龍?zhí)督M、汪家寨組為盤州礦區(qū)的主要含煤地層。根據(jù)沉積環(huán)境的差異分為盤南礦區(qū)和盤北礦區(qū)。盤北礦區(qū)為偏陸相沉積，含煤地層巖性主要為碎屑巖夾少量碳酸鹽巖，盤南礦區(qū)為海陸交替相沉積，含煤地層巖性為陸相碎屑巖夾碳酸鹽巖。總體上區(qū)域內(nèi)含煤地層巖性由灰色至深灰色細(xì)砂巖、粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥巖、少量泥質(zhì)灰?guī)r、炭質(zhì)泥巖、鋁質(zhì)泥巖、泥巖及煤層等組成。

2. 可采煤層情況

區(qū)內(nèi)二疊系含煤地層厚220～460 m，含可采煤層2～24層，可采厚度3.0～29.8 m。由東往西，含煤性較好：東部碧痕營一帶含可采煤層2～3層（煤層編號5、14號煤層），可采厚度3 m左右；向西至普安新田、九峰一帶，含可采煤層5～6層（煤層編號1、5、6、13、14、17、21、22號煤層），可采厚度8～10 m；至羊場以西，可采煤層15～24層（煤層編號1、3、4、5、6、7、9、10、12、15、16、17、18、19、20、24、29號煤層），可采厚度一般在20 m 以上。區(qū)內(nèi)煤層煤質(zhì)及煤類特征見表1。各煤層煤質(zhì)、煤類特征不一樣工業(yè)用途不盡相同，焦煤通過洗選精煤可作冶金焦用煤，貧煤和無煙煤可供動力用和氣化用。

3. 可采煤層頂、底板巖性特征

盤州礦區(qū)，含煤地層巖性主要為碎屑巖，1、3、4、5、6、7、9、10、12、15、16、17、18、19、20、24、29號煤層頂板巖性以泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、粉砂巖及細(xì)砂巖為主，由于區(qū)內(nèi)可采煤層較多，大部分煤層間距相對小，上部煤層底板即為下部煤層頂板，巖性亦主要為泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、粉砂巖及細(xì)砂巖。與煤層頂板巖性不同的是大部分煤層直接底板為含植物根的泥巖或粉砂質(zhì)泥巖[1]。根據(jù)不同巖類粒度的不同泥和砂的含量，粒度較細(xì)為泥質(zhì)巖和粒度較粗的為砂質(zhì)巖類，砂質(zhì)巖類主要為粉砂巖、細(xì)砂巖及細(xì)砂質(zhì)泥巖等，泥質(zhì)巖類則主要由泥巖、粉砂質(zhì)泥巖、炭質(zhì)泥巖及鋁質(zhì)泥巖等構(gòu)成。泥質(zhì)巖類硬度上相對較低，多為軟巖質(zhì)及軟巖，力學(xué)強(qiáng)度較低，穩(wěn)定性相對較差，砂質(zhì)巖類硬度相對較高，多為較硬巖至堅(jiān)硬巖，力學(xué)強(qiáng)度相對較高，穩(wěn)定性中等至好[2-3]。

4. 可采煤層頂、底板巖體質(zhì)量分級

六盤水煤田含煤地層主要為碎屑巖沉積，夾碳酸鹽巖。碎屑巖以細(xì)砂巖、粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥巖、鋁土巖、煤層為主，多為層狀結(jié)構(gòu)，少量碎裂結(jié)構(gòu)：碳酸鹽巖以泥質(zhì)灰?guī)r、灰?guī)r為主，多為塊狀結(jié)構(gòu)，少量碎裂結(jié)構(gòu)。依據(jù)巖體質(zhì)量指標(biāo)法各礦區(qū)各可采煤層頂、底板巖體質(zhì)量等級情況如下：

據(jù)統(tǒng)計(jì)，土城礦、月亮田礦、山腳樹礦各可采煤層頂、底板RQD值及單軸飽和抗壓強(qiáng)度，采用巖體質(zhì)量指標(biāo)法計(jì)算公式M=R_C／30· RQD 計(jì)算M值，評價(jià)各可采煤層頂?shù)装鍘r體質(zhì)量等級情況，見表2。

5. 可采煤層頂、底板穩(wěn)定性評價(jià)

該區(qū)域含煤地層為二疊系上統(tǒng)龍?zhí)督M，煤層頂、底板巖性主要為碎屑巖類，夾少量碳酸鹽巖。碎屑巖以泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、細(xì)砂巖、粉砂巖及泥巖為主，碳酸鹽巖主要為灰?guī)r及泥質(zhì)灰?guī)r。各可采煤層頂、底巖性完整性不同、抗壓強(qiáng)度不同、巖體質(zhì)量等級不同，頂、底板穩(wěn)定性存在一定差異[4-5]。根據(jù)表2中不同煤層頂?shù)装鍘r體各項(xiàng)指標(biāo)綜合分析可得出：1、3、4、5、6、7、9、10、12、13、17、18、22、29號煤層頂、底板及19號煤層底板、24號煤層頂板、27號煤層底板巖石質(zhì)量等級均為Ⅲ級，巖體完整性為中等完整，穩(wěn)定性中等；15號煤層底板（16號煤層頂板）、19號煤層底板（20號煤層頂板）、24號煤層底板（27號煤層頂板）巖石質(zhì)量等級均為Ⅳ級，巖體完整性差，穩(wěn)定性差；20號煤層底板（21號煤層頂板）巖石質(zhì)量等級均為Ⅱ級，巖體較完整，穩(wěn)定性中等。

綜上所述，盤州礦區(qū)可采煤層頂、底板穩(wěn)定性大部分為中等，部分煤層頂、底板穩(wěn)定性差。區(qū)內(nèi)含煤地層為上二疊系，煤層頂、底板巖性主要為細(xì)砂巖、粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖、粉砂質(zhì)泥巖、泥巖、煤層、炭質(zhì)泥巖等碎屑巖，多為層狀，少量碎裂結(jié)構(gòu)。該地層中細(xì)砂巖、粉砂巖、泥質(zhì)粉砂巖屬較硬巖至堅(jiān)硬巖組，飽和單軸抗壓強(qiáng)度一般大于30MPa，力學(xué)強(qiáng)度中等，有一定遇水軟化性，巖石完整性較好，巖體穩(wěn)定性總體上為中等；而粉砂質(zhì)泥巖、泥巖、炭質(zhì)泥巖屬較軟巖至軟巖組，力學(xué)強(qiáng)度低，遇水時(shí)極易軟化，塑性強(qiáng)，巖石完整性不好，巖體穩(wěn)定性差。此外，煤層頂、底板穩(wěn)定性受構(gòu)造影響較大。區(qū)內(nèi)發(fā)育的斷層，形成的斷層破碎帶，破壞了巖體原有的結(jié)構(gòu)和完整性，降低了巖體的力學(xué)強(qiáng)度。井巷通過斷層時(shí)，由于巖石破碎及地下水的影響圍巖的穩(wěn)固性很差。很可能造成變形、底鼓、縮頸、頂板冒落、垮落、塌陷等不良工程地質(zhì)現(xiàn)象。