浅析安徽省阜阳市井田工程地质与开采技术条件

摘 要：井田为淮河冲积平原，地形平坦。济河、颍河位于本区南部，人工沟渠纵横。本文通过对井田松散的土层、岩石、瓦斯、煤尘爆炸性、自燃倾向、地温级地温梯度的综合描述，井田的开采技术条件好，局部易发生危险，井田内工程地质条件简单。

关键词：阜阳市 井田工程地质 开采技术条件

1、井田概况

井田为淮河冲积平原，地形平坦。济河、颍河位于本区南部，人工沟渠纵横，较大的有苏沟、红旗沟、倪湾大沟、新河、蒋湾等。季节性明显，为过渡带气侯，据解放后历年来统计资料：年平均气温+15.1℃，最高气温+41.4℃，最低气温为-21.7℃，年平均降水量893.74mm，6～8月份为雨季。初雪一般在11月上旬，终雪在次年三月中旬，连续降雪最长6天，最大降雪量16mm，一般随降随化，积雪甚少。冻结深度一般为4～12cm，季节性风向明显，春夏多东南风，秋冬多东北、西北风，风速一般2.8～3.6m/秒。本区临近华东电网，矿井开发的生产用电和生活用电保障充足。井田生产及生活用水主要取自上覆松散层中的地下水，松散层中有三个含水层（组），地下水资源较丰富，矿区供水亦不成问题。

2、影响井田开采的主要因素

2.1 松散土层

井田新生界松散层厚度比较大，平均厚度近于千米。上部砂层多、含水丰富，有大量流砂层；下部为半固结状粘土，故井筒宜采用冻结法施工。冻结法施工松散土层主要存在两个工程地质问题：1）上部粘土层含大量强结合水，在普通的冻结条件下，很难冻结，易产生失稳；2）下部灰绿色粘土及砂质粘土的粘土矿物主要为高岭土，其次为蒙脱石和伊利石，具有较大的膨胀性和冻胀性，会造成冻结管断裂，冻层溶化。在施工中都曾发生过多个井筒冻结管断裂事故，故在今后的井筒施工中，应予以特别重视。

2.2 岩石

在煤层上下一定距离的岩层都属于煤层顶底板的范畴。煤层以下20m、煤层以上8倍煤厚范围内的岩层更为重要。根据规范要求在主要可采煤层顶板以上30m至底板以下20m的范围内，进行工程地质观测与编录，确定不同岩组的RQD值，并系统地分层采样进行物理力学性质测试工作。

a. 顶、底板岩性

根据在采煤过程中顶板岩层垮落、破坏和变形情况，可将煤层顶板分为伪顶、直接顶和间接顶三种。煤层底板可分直接底及间接底两种。顶板泥岩的真密度平均值为2667kg/m3底板围岩的真密度与顶板围岩的密度相差无几，含水率平均值从0.9%-1.1%。空隙率从3.5%到5%左右。抗压强度从30MPa到80MPa左右。抗拉强度从2MPa到4MPa，泊松比约为0.2.

2）岩石质量指标（RQD）测定及岩体质量指标（M）评述

井田内布置了工程地质剖面，对钻孔进行了工程地质编录和RQD值测定工作。利用公式M= 对主要可采煤层顶板底板的泥岩、粉砂岩及砂岩岩体质量进行初步评价。岩体质量一般为中等、少数为良，属不稳定～中等；粉砂岩岩体质量一般为良、少数为中等，属中等～稳定型；砂岩岩体质量均为良，岩性较致密坚硬，强度大不易垮落，顶底板属稳定型。

通过分析，煤系地层岩性大多胶结良好，砂岩胶结坚硬，抗压强度高，抗风化能力强，工程地质条件良好，粉砂岩次之，泥岩的岩石力学指标相对较低。断层面附近构造带及基岩风化带，岩芯不完整和破碎，岩石力学指标很低，均应属软岩和较弱结构面，工程地质条件不良。

2.3 瓦斯

本井田从普查阶段到勘探阶段，分别在不同勘查线上及其线间选取部分钻孔，对不同深度的可采煤层获取瓦斯样品，另有多个样品的瓦斯参数样测试资料，各可采煤层合格瓦斯样点密度达到或超过了现行规范对煤层瓦斯工作的要求。

2.4 煤尘爆炸性

从取得的数据可看出，各可采煤层火焰长度从0至>50mm，岩粉量0～30%，除个别样显示无爆炸危险性外，其余样品测试均显示有煤尘爆炸危险性。由于本区测试煤的爆炸样测试点少，故借助邻区口孜东矿资料加以说明。邻区从测试资料看，各煤层均显示有爆炸危险性。火焰长度最大可达400mm以上，岩粉量在50-95%之间，由此确定本区各可采煤层均具有爆炸危险性。

2.5 煤的自燃倾向

本区各可采煤层煤的自燃倾向性鉴定采用色谱吸氧鉴定法。色谱吸氧鉴定法测试的各煤层自燃倾向性为：可采煤层为容易自燃～自燃，其等级为Ⅰ～Ⅱ。

2.6 地温

全区的测温钻孔包括近似稳态测温钻孔4个，简易测温钻孔三十余个，简易测温深度为0～1616m，近似稳态测温深度为0～1393m。由于简易测温孔井底温度恢复时间短，根据孔底温度与稳定时间的关系符合对数方程的形式，采用间接计算法，对简易测温孔的孔底温度进行了校正，公式如下：

T=T0+βlnt

式中：T……稳定时间t的孔底温度

T0……井液停止循环时的孔底温度

β……回归系数

根据两次简易测温资料，求出方程中的T0、β值，然后计算出72小时的温度，就可作为孔底平衡温度。再利用恒温带、中性点、终测点的深度和温度，（无中性点的仅利用恒温带、终测点的深度和温度）作出钻孔的校正井温曲线，并以校正后的井温曲线求出主要煤层底板不同水平深度的温度值。

2.7 恒温带深度和温度

根据淮南某矿区长期观测孔资料，恒温带深度为30m，温度为16.8℃。

2.8 地温梯度

本区地温梯度2.3～3.1℃/百米，平均为2.72℃/百米，深度每增加36.76m，地温增加1℃，属于地温正常区。

2.9 地温状况

各可采煤层底板温度T（℃）与煤层埋深成正比，且相关性较好。本次对部分煤层底板温度与煤层埋深关系做了回归分析。从数据看出本区属于地温正常区，-748～-770m以下已进入二级高温区（≥37℃）， -970m水平温度已超过二级高温，先期开采时对井下作业人员会有一定的影响，希望在今后开采过程中要加强通风，采取一定的降温措施。

3、总结

通过井田的松散土层、岩石、瓦斯、煤尘爆炸性、自燃倾向、地温梯度的综合描述，本井田地层岩性较复杂，本井田第一水平为负近千米m，属超深开采矿井，地应力高，易产生煤矿工程地质问题。主采煤层顶底板有软弱夹层及局部破碎带存在。断层及构造裂隙对煤层顶底板破坏严重，顶底板裂隙发育，较软易碎，存在复合顶板，局部地段易发生工程地质问题。据测试资料显示，本区瓦斯含量虽然较低，由于瓦斯采样的局限性和瓦斯富集的不均匀性，建议在建井和生产过程中仍要加强安全防范措施，防止煤与瓦斯突出，。

参考文献

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[2]钱鸣高，石平五.矿山压力与岩层控制[M].徐州：中国矿业大学出版社2003.11

[3] 孟召平，彭苏萍，傅继彤.含煤岩系岩石力学性质控制因素探讨[J].岩石力学与工程学报，2002.1.21（1）：102-106

作者简介

王海英，女，汉族，硕士研究生，成都理工大学。