淺議井筒圍巖穩(wěn)定性評(píng)價(jià)方法

金華斌

（福建省煤田地質(zhì)勘查院，福建 龍巖 364021）

利用任何一種單一指標(biāo)，都不能真實(shí)反映井筒圍巖穩(wěn)定狀態(tài)，要容易獲得，才具有實(shí)際意義。要在單因素分析的基礎(chǔ)上進(jìn)行綜合分析，才能取得較為可靠的穩(wěn)定性依據(jù)。

1 單因素分析

所謂單因素分析，是指在反映某層段巖體工程穩(wěn)定性單一指標(biāo)的基礎(chǔ)上進(jìn)行圍巖穩(wěn)定性評(píng)價(jià)后，得出明確結(jié)論。

1.1 巖組劃分

巖組劃分是將巖性、含煤性和工程地質(zhì)性質(zhì)相近的巖層劃分為同一個(gè)巖組。重慶能源哈密一礦井筒圍巖總體可分為：第四系松散巖組、新近系上段軟巖組、新近系下段軟巖組以及含煤巖組。

1.2 巖性特征

巖石的力學(xué)性質(zhì)主要取決于組成巖石本身的物質(zhì)成分、顆粒大小、支撐性質(zhì)膠結(jié)類(lèi)型及沉積構(gòu)造等。

1.3 分層厚度

層理是沉積巖的原生構(gòu)造，是由沉積環(huán)境差異而造成的巖石物質(zhì)成分、結(jié)構(gòu)在垂向上的差異性，它是巖性的變化面，在巖石力學(xué)性質(zhì)上變現(xiàn)為一種弱面，受力時(shí)，沿層理面容易離層。離層的難易程度與層理面的類(lèi)型、厚度等息息相關(guān)。

1.4 構(gòu)造裂隙

構(gòu)造裂隙是巖石的薄弱面，它破壞了巖石的完整性，直接降低了巖石強(qiáng)度。影響構(gòu)造裂隙發(fā)育的因素很多，一般受構(gòu)造運(yùn)動(dòng)影響強(qiáng)烈的容易產(chǎn)生構(gòu)造裂隙，另外在不同巖性，構(gòu)造裂隙的發(fā)育程度也不同。

1.5 巖芯的完整性

巖芯的完整性作為反映巖石穩(wěn)定性的指標(biāo)，除技術(shù)因素外，主要是由巖性和構(gòu)造裂隙發(fā)育程度決定的，也與層理、厚度等因素有關(guān)。一般來(lái)說(shuō)，膠結(jié)性差、性脆、裂隙發(fā)育、厚度小的巖層，其巖芯完整性較差。

1.6 巖石強(qiáng)度

巖石強(qiáng)度是評(píng)價(jià)井筒圍巖穩(wěn)定性的重要指標(biāo)，巖石單軸抗壓強(qiáng)度是一個(gè)綜合力學(xué)指標(biāo)，其值越高，其它力學(xué)指標(biāo)一般也會(huì)隨之增高。軟巖的低強(qiáng)度往往與其具有微結(jié)構(gòu)面有關(guān)。根據(jù)巖石單抗壓強(qiáng)度可將巖石強(qiáng)度劃分為：

表1 巖石強(qiáng)度分級(jí)

1.7 軟化系數(shù)

軟化系數(shù)是評(píng)價(jià)巖石軟化性的重要指標(biāo)。其值越高，巖石的軟化性越弱、抗水、抗風(fēng)化能力越強(qiáng)。理論上軟化系數(shù)在0—1之間，以0.75為界，當(dāng)軟化系數(shù)大于0.75時(shí)，巖石耐水性強(qiáng)，當(dāng)軟化系數(shù)小于0.75時(shí)，巖石的耐水性差。

1.8 RQD值

RQD值是指巖芯長(zhǎng)度超過(guò)10cm的總長(zhǎng)與鉆探進(jìn)尺之比，它描述了巖層的完整性和破碎程度，反映了巖石結(jié)構(gòu)面的總體特征。

通過(guò)單因素分析，不難發(fā)現(xiàn)，任何一個(gè)單因素指標(biāo)都能在一定程度上反映巖石強(qiáng)度、巖石完整性和巖層連接狀態(tài)，但都具有片面性，難以消除其他各種因素的相互影響。

在單因素分析基礎(chǔ)上進(jìn)行的二級(jí)模糊綜合分析將有效地削弱或消除其他各種因素的相互影響，從而使分析結(jié)果能夠較為全面的反映井筒圍巖穩(wěn)定性。

2 模糊二級(jí)評(píng)價(jià)

2.1 評(píng)價(jià)步驟

采用各個(gè)單因素分析結(jié)果，將影響井筒圍巖穩(wěn)定性的要素分類(lèi)定位，可劃分為：裂隙發(fā)育程度、巖石強(qiáng)度和RQD值三類(lèi)，將一類(lèi)作為一個(gè)因素子集：u=｛u1，u2，u3｝式中：u1—裂隙發(fā)育程度，包括裂隙條數(shù)評(píng)價(jià)、巖芯完整性和分層厚度包三個(gè)因子；u2—巖石強(qiáng)度，包括單軸飽和抗壓強(qiáng)度、軟化系數(shù)、所在巖組、巖性四個(gè)因子；u3—RQD值。

2.2 制定評(píng)價(jià)指標(biāo)

按照巖體工程穩(wěn)定性分級(jí)指標(biāo)，可將井筒圍巖穩(wěn)定性分為：穩(wěn)定、較穩(wěn)定、不穩(wěn)定、極不穩(wěn)定四類(lèi)（表2）。

表2 綜合井筒圍巖穩(wěn)定性分級(jí)

表3 裂隙發(fā)育程度評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

表4 巖石強(qiáng)度分級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

表5 RQD分級(jí)評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)

2.3 綜合評(píng)價(jià)

根據(jù)上述方法進(jìn)行評(píng)價(jià)，確定研究區(qū)兩個(gè)井筒檢查鉆孔各巖層圍巖穩(wěn)定性級(jí)別；得出結(jié)果：

表6 井筒圍巖穩(wěn)定性綜合評(píng)價(jià)結(jié)果

由此看來(lái)，重慶能源哈密一礦主井與風(fēng)井圍巖穩(wěn)定性情況不盡相同，這主要是由地層沉積環(huán)境所決定的。

3 結(jié)語(yǔ)

總體上重慶能源哈密一礦主井與風(fēng)井井筒圍巖穩(wěn)定性差，巖層以軟弱巖為主，不利于井筒施工建設(shè)。針對(duì)穩(wěn)定性情況不同的井筒圍巖，應(yīng)積極采具有針對(duì)性的施工技術(shù)，區(qū)別對(duì)待，一方面保證井筒建設(shè)的安全施工，另一方面節(jié)省礦井建設(shè)成本。

[1] 文紅偉．楊曉東．煤田地質(zhì)勘探階段煤層頂?shù)装宸€(wěn)定性評(píng)價(jià)方法[J] ．山西建筑,2004．

[2] 賀仲雄．模糊數(shù)學(xué)及應(yīng)用[M] ．天津；天津科學(xué)出版社,1983．

[3] 福建省121地質(zhì)大隊(duì)．重慶能源新疆煤電有限公司哈密一礦井筒檢查鉆孔地質(zhì)報(bào)告[R] ．福建龍巖:福建省121地質(zhì)大隊(duì),2011．