安山矿区煤矿工程地质条件研究

摘要：由于矿井开采而造成的地面塌陷、沉降和环境破坏与岩层工程地质特征有着直接关系，而煤层顶、底板稳定性是矿井设计和建设的依据之一，也是矿井安全、生产的重要影响因素，因此研究工程地质特征，特别是对煤层顶、底板稳定性进行合理而准确地评价，十分必要本文通过收集和整理安山矿区资料的基础上，对矿区的地层、构造、顶底板岩性组合等方面进行了研究，并对整个矿区主采煤层顶底板的地质条件做简要分析。

关键词：主采煤层；顶底板稳定性；地层；构造；安山

中图分类号：P2文献标识码： A

0引言

安山井田是陕西府谷庙哈孤矿区两大井田之一，行政区划隶属府谷县庙沟门镇管辖。由于其地理位置偏僻，处于陕北侏罗纪煤田神府矿区东北角边缘地带，加上煤系遭受冲刷剥蚀及火烧严重等原因造成煤系保存较少、资源前景不被看好，在煤炭资源国家非规划矿区内。目前，安山煤矿1001工作面已经布置到位，开始从基本建设矿井向生产矿井转型。本文充分考虑基岩风化破碎带顶底板条件，通过对井田内岩层的工程地质岩组进行划分，并依据RQD值、M值、z值对主采煤层的顶底板稳定性进行综合评价，提出煤炭开采工程中的工程地质问题。

1 岩石工程地质特征

1．1区域地层特征

井田区域地层区划属华北地层大区鄂尔多斯分区之一，各时代沉积构造特征与华北地台近于一致，主要以中生代陆相沉积为主体，含煤地层归属鄂尔多斯盆地中侏罗世含煤构造一陕北侏罗纪煤田的一部分。

区内地形切割强烈、呈沟壑梁峁地势，山梁、缓坡大部分被第四系黄土及新近系红土覆盖，沟谷、陡坡均为基岩出露区，区内地层分布由老至新有：上三叠统永坪组()、下侏罗统富县组()、中侏罗统延安组(J2y)、新近系(N：)及第四系(Q)。同时，区内不同程度的烧变岩蜿蜒分布于井田各大沟谷两侧，引起的破碎带和裂隙密度带发育充分，张性裂隙纵横交错。另外，基岩风化层厚度大，基岩风化较为严重。

1．2工程地质岩组划分

井田上覆松散层厚，主要由松散冲积层和红色粘土层组成。井田范围5。煤埋深浅，基岩薄，大部分地区基岩为侏罗纪延安组(J2Y)第一段至第二段残存厚度部分，主要有以下几组。

风化岩组：指基岩顶部5―30 m深度范围内具有已风化特点的岩石，颜色为灰黄色、浅灰绿色、灰白色的粉砂岩、细砂岩。一般基岩面愈高处，风化层厚度越大，基岩面低洼处，其风化层厚度较薄。基岩遭受长期风化作用后，物理、水理、化学性质都发生明显改变。风化作用往往破坏岩体结构面，使岩体组织结构发生变化，力学强度降低，破坏了岩体的完整性。风化岩层由上到下风化程度逐渐减弱，强风化带原岩结构破坏，疏松破碎，孔隙率大，含水率高，粘土矿物含量逐渐增加，在岩体的结构面中富集粘土矿物形成软弱泥化夹层，对岩体的强度和破坏具有控制作用。

洛河中细粒砂岩组：岩性单一，是一套砖红色中细粒砂岩，成份以石英为主，长石少量，分选良好，次圆状，铁泥质胶结，大型板状交错层理，质地疏松，易风化。粗砂岩类型：基本顶中局部含有，厚层状，成份以长石砂岩及长石石英砂岩为主，局部地段含砾，含少量菱铁质砂岩、蒙脱质粘土岩，分选中等，孔隙发育。

中砂岩类型：灰白色，成份以长石为主，含石英及岩屑，泥质胶结，岩芯以长柱为主，夹黑色泥质条带，分选中等，较坚硬，抗压强度经测试平均为50．17 MPa。

细砂岩类型：灰白色、浅灰色，成份以石英为主，含长石及岩屑，分选中等，缓波状层理，上部岩芯以长柱状为主，下部岩芯多呈短柱状。岩石坚硬，敲击较难破裂。抗压强度经测试为15．18―82．48 MPa。

平均为57．65 MPa。粉砂岩类型：灰至灰黑色，细碎屑岩以粉砂岩占优势，局部夹蒙脱质粘土，近水平层理。较坚硬，抗压强度经测试为25．10～84．10 MPa，平均为49．25MPa。

泥质粉砂岩类型：灰色，成份以石英长石为主，泥质胶结。岩石坚硬，敲击较难破裂。抗压强度经测试为44．46～74．41 MPa，平均为61．09 MPa。泥岩类型：灰色、深灰色泥岩，泥岩多局限于个别层位，厚度较薄，一般为煤层顶底板；常见泥灰岩透镜体、菱铁质砂泥岩，砂岩多钙质交结，沉积上反映弱碱性水介质环境，近水平层理，岩性较均一，易风化，遇水崩解。饱和抗压强度为43．63 MPa。

1．3主要工程地质问题

区内主要工程地质问题：①属火烧残留区，井巷掘进过沟谷坡地基岩风化，顶板破碎，节理裂隙较为发育时的顶板冒落及支护问题；②井巷穿越风化破碎带时的导水性及稳定性，近风化带水体下采煤留设防水煤柱问题；③顶底板泥岩遇水膨胀顶板弱化底板底臌问题；④暴雨期诱发的地质灾害。

2 主采5‘2煤层顶底板特征及综合评价

2．1 主采煤层5≈煤层顶底板工程地质特征

5 q煤层顶板岩性以粉砂岩、泥质粉砂岩为主，粉砂质泥岩次之，有少量泥岩、细粒砂岩及中粒砂岩。煤层底板以粉砂质泥岩、泥岩粉砂岩、粉砂岩、细粒砂岩为主。

老顶：以粉砂岩为主，全区大部分布。次为细粒砂岩和粗中粒砂岩，主要分散分布在井田北部。局部地区岩体风化，岩体中等完整，顶板中等稳定。

直接顶：以泥岩及粉砂质泥岩为主，粉砂岩次之，有少量细粒砂岩及中粒砂岩。在南部主要以泥岩为主，成片分布，中部在钻孔ZKl8-09、ZKl8―15、ZKl8―17四周呈小片状分布。北部大片区域直接见老顶。

伪顶：零星分布，多为泥岩。在煤层边缘趋于尖灭处当直接顶为泥岩时，泥岩分层厚度变薄时存在，较松散，易风化破碎。

直接底板：岩性以泥岩、粉砂质泥岩和泥质粉砂岩为主，厚度稳定，遇水易膨胀，属不稳定型(I～Ⅱ)较稳定型。

老底：主要为泥岩、粉砂质泥岩和泥质粉砂岩，岩体完整，稳定性较好。局部以中粒砂岩和细粒砂岩为主，钻孔见粗粒砂岩。

5。2煤层：条带状结构、沥青光泽、坚硬、性脆。赋存于延安组第一段中部，煤厚0．40～3．90 m，平均厚度2．26 m，煤厚变化较小。结构较简单，有稳定的一层夹矸，厚度0．08～0．40 m，粉砂质泥岩。总体属于赋存区范围内全部可采的稳定煤层。

2．2主采煤层5’2煤层顶底板的综合评价

RQD值分类：RQO值分类是划分岩块和岩体质量的重要指标，根据国家颁布的GB 12719-91《矿区水文地质工程地质勘探规范》标准，考虑岩组风化及未风化两种状态，对本区的RQD值分类如表1。

根据本区RQD值统计，可以看出RQD值中细砂岩最高，岩体中等完整，5。2煤层上大部分布的粉砂岩次之，粗砂岩少量分布亦次之，泥岩及砂质泥岩最低，尤其是风化状态下泥岩为42．30％，砂质泥岩为41．77％，均属岩体质量劣、岩体完整性差。为了对岩体质量作更进一步的评价，下面分别采用岩体质量系数法(z)和岩体质量指标法(M)对岩体质量进行评价，仍然考虑岩组风化及未风化两种状态，以充分考虑煤层顶板基岩风化破碎带条件。

计算结果见表2及表3。

3 结论

(1)根据RQD值分类及M值、z值评价结果，本区5‘2煤层顶板基本为中等岩体质量，岩体完整性属中等完整，煤层顶板属较稳定～不稳定型顶板及煤层底板属不稳定型一较稳定型底板。

(2)先期开采地段主采煤层埋藏较浅，沟谷地段顶板风化严重，进行采掘活动时应注意顶板和巷道维护，以防止地面塌陷、顶板冒落等地质灾害事故的发生。

(3)根据以上相关分析，在未来井田开采及其他采区采掘过程中，提出以下工程问题予以重视：

①在开采侵蚀基准面以下煤层时，注意老窑积水及丰水期洪水的灌入；②当在地表水体、其它蓄水设施下以及冒落带、导水裂隙带范围内采煤时，顶板一旦冒落，裂隙带极有可能贯通至风化带，导致地表水涌入，影响正常开采；③区内降水主要集中在7―9月份，尤以8月份最多并多以暴雨形式出现，易形成洪水、同时诱发各类地质灾害，应加强区内采掘开采沟谷坡地地段地形变形监测。

参考文献：

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【2】丁述理，李彩惠，煤田地质勘探阶段煤层顶底板稳定性评价方法的初步探讨【J】。中国煤田地质，1994，（1）

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【4】范立民.陕北地区采煤造成的地下水渗漏及其防治对策分析[J].矿业安全与环保，2007，34（5）：62-64.

【5】范立民，王国柱，刘社虎.浅析榆神矿区矿井水及其利用[J].煤炭工程，2008，1：56-59.

作者简介：

赵恒，男，陕西西安人，2008年毕业于陕西能源职业技术学院工程地质与勘探专业，助理工程师，从事煤田地质、工程地质及水文地质工作。

冯茜，女，陕西韩城人，2008年毕业于陕西能源职业技术学院煤田地质与勘探专业，助理工程师，从事煤田地质、工程地质及水文地质工作。