论文部分内容阅读
本文针对沙尔湖煤田沙西矿区煤层顶底板岩石稳定性因素展开分析,通过初步研究与探索,取得了一定的成果。
沙尔湖煤田是新疆维吾尔自治区重点开发的能源基地之一,该矿区位于新疆吐-哈盆地的中段,预计储量达2652.0亿吨,是世界十大煤炭资源地之一,煤田所处的东疆地区,与内地的距离较短,本地区煤炭为特低灰~中灰、特低硫、低磷、中高发热量的不粘煤和长焰煤,是有利于环保的洁净煤种。以上优势,促使沙尔湖煤田成为西煤东运的首选开发基地。
煤层顶底板岩石稳定性是影响煤矿开采的重要因素之一。沙尔湖煤田沙西矿区即将进入煤矿建设阶段,该区煤系地层多为泥质胶结,岩石天然抗压强度较低,遇水易变性软化,本区煤层厚度一般在100~200m之间,其资源丰度在全国罕见,煤层自身的强度也直接关系着采掘空间的布置。研究沙尔湖煤田沙西矿区煤层顶底板岩石稳定性,分析影响煤层顶底板岩石稳定性的各种因素,对煤矿井巷建设及生产开采具有积极的指导意义。
研究区域范围位于天山-兴蒙褶皱系一级构造单元,准噶尔-北天山褶皱系二级构造单元东南部的吐哈盆地中段南缘,根据地壳运动的发展演化情况,其构造属简单类型,矿区范围内仅存在一宽缓的沙尔湖向斜。
研究区域地处哈密盆地西南缘,地层区划属北疆-兴安地层大区(Ⅰ)、北疆地层区(Ⅰ1)、南准噶尔-北天山地层分区(Ⅰ31)、吐鲁番地层小区(Ⅰ3-91),出露地层有古生界的下泥盆统阿尔皮其麦布拉克组、中石炭统雅满苏组、下二叠统阿其克布拉克组、中生界的中侏罗统西山窑组、头屯河组、新生界的第三系桃树园组及第四系。
中侏罗统西山窑组(J2x)为本区主要含煤地层,根据岩性组合和煤层发育状况,从垂向可将本组地层划分为三个较大的沉积旋回。煤层主要集中于西山窑组下段,地层总厚235.75~291.51m,平均厚度262.05m。本段煤层较为集中,平均厚度为44.16m;区内煤层平均总厚度65.42m,中侏罗统西山窑组下段(J2x1)含煤系数24.96%。
本矿区的煤矿床是以孔隙、裂隙充水的矿床。地下水以微弱大气降水为主要的充水水源,补给条件差,含水层组富水性弱,单位涌水量远在0.1L/s·m以下,煤系地层岩性多为泥岩,泥质胶结的粉砂岩为主,各含水层组水力联系甚差,第四系覆盖较薄,因此,本矿区的水文地质条件为简单型。
本区地形地貌条件简单,地形有利于自然排水,地层岩性单一,地质构造简单,岩体结构以厚层状结构为主,但岩石强度不高,稳同性差,存在软弱夹层和饱水砂岩体,局部地段易发生矿山工程地质问题,因此本区的工程地质条件为层状岩类中等型。
影响稳定性主要方面有岩体完整性、岩石强度、地下水、工程因素等,其中主要的地质因素有:
①岩石性质
沙西矿区含煤层系内,泥岩、炭质泥岩多松软,为塑性软岩,泥质胶结的粉砂岩、细砂岩凝聚力不高,而其强度也较低,钙质胶结的粉砂岩、细砂岩易被水溶解,强度也较低。
②应力影响
区内主压应力来自南部的顺层挤压力,由于沙尔湖向斜两翼较为宽缓,因此相对重力作用较弱。煤层在采掘之后,岩体中出现空间-井巷、硐室、采掘面或者露天采坑,这些采掘空间的出现,破坏了原岩的应力平衡状态,使采掘空间周围岩体内各点的应力大小和方向都发生了改变,采掘空间使得围岩应力重新分布,巷道围岩的应力集中达到一定值,且应力作用时间足够长时,围岩便不可避免的会发生弹性变形、弯曲或破裂。
③地下水
在地下水水位以上的泥岩、粉砂岩在钻孔中遇泥浆、液体时均表现出膨胀、缩径等现象。地下水的存在,加大了岩石的风化速,并降低了岩体中结构面的强度,是围岩的不稳定程度加大。地下水对粘土类岩石和松散堆积物的浸润作用,使岩石颗粒间的凝聚力降低,岩体膨胀,自重加大,使岩体发生蠕动和滑动。此外,地下水沿结构面流动,冲刷其中的充填物,使结构面两侧岩石的结合力降低。
沙尔湖煤田远离地下水补给源,区内气候极度干旱,由于煤系地层的岩层致密,造成层间补给不畅。地质勘查阶段的抽水试验反映单位涌水量为0.00155~0.00268L/s·m,水位埋深普遍大于100m,一般为弱承压水,压力水头多小于1m。
④岩体结构面
沙西矿区多为泥质胶结的细粒相岩石,其层理面就是岩体中的结构面,局部地段岩层变化较频繁,加之脆性岩层中发育有侏罗系早期及晚期的X节理、纵张节理等构造面,本区6号煤层上部和下部,煤层层数多,煤层间岩性变化频繁,表现为薄层的泥质胶结的粉砂岩以及泥岩、炭质泥岩等交替出现。因此,以层理为主的软弱结构面较发育,加之片理和节理,往往层间滑动面发育,软弱层易受地下水作用发生软化和泥化。
在矿区煤层顶底板岩石稳定性影响因素分析的基础上,主要采用工程地质分析法,对各因素进行了评分,进一步得出围岩总评分。沙尔湖煤田沙西矿区井巷系统的围岩类别属V类,具有极不稳定,围岩不能自稳,变形破坏严重的特点。针对该评价结果,本文提出了防控建议。