蘇勒薩依井田煤層頂底板穩定性評價

戚樹林

（山東省第一地質礦產勘查院 濟南 250014）

蘇勒薩依井田位于新疆伊犁哈薩克自治州伊寧縣潘津鄉，南距218國道15km，交通便利。主要構造形態以寬緩的背、向斜為主，總體地勢北高南低，海拔標高741.60～1060.3m，一般相對高差50～150m，較為平坦。地層沿走向和傾向均有不同程度的起伏變化，地層傾角一般在5°～10°之間。

1 主要可采煤層頂底板巖層的構成

井田內主要可采煤層為煤21-1、煤26和煤27～29，其頂底板大都由直接頂板和直接底板構成，厚0.30～0.50m的泥巖或炭質泥巖偽頂和偽底僅局部可見，無厚而堅硬的老頂和老底存在。各主要可采煤層頂底板巖性、厚度變化較大，現分述如下。

1.1 煤21-1

頂板巖性以泥巖為主，其次為粉砂巖和炭質泥巖。泥巖厚1.38～31.82m，平均12.5m，粉砂巖厚度3.16～70.58m。

底板巖性以泥巖或粉砂質泥巖為主，其次為炭質泥巖和粉砂巖。泥質巖類厚度0.95～9.00m，平均2.66m；炭質泥巖厚度一般為0.40～2.90m，平均1.69m；粉砂巖厚度一般為0.96～9.16m，平均3.59m。

1.2 煤26

頂板巖性以細砂巖為主，其次為泥巖，局部為粉砂巖，僅邊緣見有中粗砂巖、礫巖和炭質泥巖。細砂巖厚 1.07～24.87m，平均 4.46m；泥巖 厚 度 1.56～27.91m，平均4.59m；中粗砂巖、砂礫巖厚度1.03～3.32m，平均2.42m；局部粉砂巖厚0.83～10.09m，平均3.95m。

底板巖性以泥巖為主，其次為炭質泥巖，局部為粉細砂巖。泥巖厚度0.70～6.50m，平均1.85m；炭質泥巖厚度為0.53～3.2m，平均1.50m。

1.3 煤27

頂板巖性以泥巖為主，粉砂巖次之，局部為細砂巖。泥巖厚度2.48～25.52m，平均13.08m；粉砂巖厚度為1.42～27.81m，平均11.81m。

底板巖性以炭質泥巖為主，粉砂巖次之。炭質泥巖厚度0.50～11.02m；粉砂巖厚度一般為1.50～18.52m。

1.4 煤28

頂板巖性較單一，以泥巖為主，其次為炭質泥巖，僅少量粉砂巖。泥巖厚度0.70～8.22m，平均2.71m；炭質泥巖厚 0.80～3.85m，平均1.71m；粉砂巖厚度一般為1.50～18.52m，平均8.27m。

底板巖性與頂板有相似性，以泥巖為主，其次為炭質泥巖，僅少量粉砂巖。泥巖厚度0.72～6.67m，平均2.40m；炭質泥巖厚0.60～11.02m，平均3.41m；粉砂巖厚1.91～5.04m，平均3.08m。

1.5 煤29

頂板巖性以泥巖為主，炭質泥巖次之，粉細砂巖僅局部有分布。泥巖厚度0.80～28.16m，平均3.35m；炭質泥巖厚一般為0.50～2.95m，平均1.54m；粉細砂巖厚0.85～7.89m，平均3.12m。

底板巖性以泥巖為主，粉細砂巖次之，炭質泥巖僅局部出現。泥巖厚0.57～13.80m，平均6.17m；粉細砂巖厚度一般為0.70～16.61m，平均1.18m；炭質泥巖厚0.95～1.90m，平均1.47m。

2 主要可采煤層頂底板物理力學性質

井田內共見22層煤，其中煤21-1、煤26、煤27、煤28和煤29為主要可采煤層。各主要可采煤層頂底板巖性變化較大，主要為泥巖、粉砂質泥巖、粉砂巖、細砂巖、中砂巖、粗砂巖、砂礫巖、礫巖和少量炭質泥巖等，其物理力學性質有較大差異。不同類巖石強度普遍較低，屬軟質巖類。絕大多數巖石飽和抗壓強度小于7.0MPa，或因遇水軟化而無法做成。僅71-5鉆孔煤21-1底板粉砂巖及煤29底板細砂巖，其飽和抗壓強度分別達32.8 MPa和31.0MPa，屬較堅硬巖。

泥質巖類：飽和抗壓強度為0.70～2.40MPa，平均1.48MPa；吸水率7.48～17.87%，平均12.68%；軟化系數 0.05～0.21，平 均 0.13；天 然 抗 拉 強 度 0.40～1.95MPa，平 均 1.18MPa；天 然 抗 剪 強 度 1.10～17.2MPa，平均7.69 MPa。

粉砂巖：飽和抗壓強度為2.50～32.80MPa，平均13.47MPa；吸水率2.41～23.94%，平均9.90%；軟化系數 0.17～0.59，平 均 0.38；天 然 抗 拉 強 度 1.00～2.60MPa，平 均 1.66MPa；天 然 抗 剪 強 度 3.10～15.00MPa，平均7.31MPa。

砂巖類：飽和抗壓強度為6.3～31.0MPa，平均15.2 MPa；吸水率4.7%，軟化系數0.57～0.71，平均為0.64；天 然 抗 拉 強 度為 0.80～2.13MPa，平 均 1.50 MPa；天然抗剪強度1.6～15.5MPa，平均10.36MPa。

另從聲波速度測井數據換算的巖石抗壓強度曲線可知：垂向上巖石抗壓強度曲線呈鋸齒狀，強度不一，除個別地段巖石抗壓強度不規律地偏高可達30～70MPa外，各類巖石抗壓強度一般在10～20MPa之間；各類巖石抗壓強度自上而下有逐漸增高之勢，自煤23-2以上巖石抗壓強度相對較低，而煤23-2以下巖石抗壓強度則相對較高；泥質巖類巖石平均抗壓強度一般為19MPa左右，砂巖類巖石平均抗壓強度一般為17～23.4MPa左右，各類巖石絕大多數為低強度的軟巖。

3 主要煤層頂底板穩定性評價

由各主要可采煤層頂板巖石構成及物理力學性質可知：各主要可采煤層頂板各類巖石發育水平層理，節理裂隙不發育，具厚層～薄層狀結構，層面結合力較差、強度低。其平均天然抗壓強度僅煤26以細砂巖類為頂板時稍高，為29.36MPa，大都在27.76～28.7MPa之間；平均飽和抗壓強度為0.7～7.7MPa；平均抗拉強度為1.17～1.80MPa；平均天然抗剪強度4.56～27.90MPa；軟化系數一般為0.12～0.405；另根據測井換算的各煤層頂板巖石平均抗壓強度為20MPa，屬軟巖類。故各煤層頂板巖石均為抗水、抗風化和抗凍性能弱，易風化崩解離層和易軟化的軟質巖，易發生片幫、冒落、井壁坍塌現象，屬工作面頂板來壓比較穩定，頂板隨著支柱的回收而垮落，為易冒落的不穩定頂板。

各主要可采煤層底板巖性主要為泥質巖類，其次為粉砂巖。除煤26底板和煤29底板為細砂巖類外，其它各類巖石平均天然抗壓強度為23.77～28.7MPa，平均天然抗剪強度為6.28～.35MPa，遇水易軟化，易出現底鼓現象。雖然煤26底板巖石平均天然抗壓強度達32.18～32.85MPa，但遇水易軟化，均表現出軟巖特點；另根據測井換算的各煤層底板巖石平均抗壓強度為22MPa，屬軟巖類。煤29底板細砂巖平均天然抗壓強度為36.75MPa，其飽和抗壓強度達31MPa，雖已達中硬強度，但軟化系數為0.71，遇水較易軟化，屬較不穩定底板。因此除煤29細砂巖底板外，各煤層底板均屬不穩定底板。

4 結論

綜上所述，除煤29底板屬較不穩定底板外，其它各主要可采煤層底板均屬不穩定底板。未來礦井擬采用斜井開拓，在第四系20m以上黃土層有濕陷性、遇卵礫石層可有滲水現象，易坍塌；東北部遇古近系膠結松散的砂礫巖層時可出現流沙、管涌及坍塌；石門穿遇中粗砂巖或砂礫巖含水層及小斷層時，可出現淋水、滴水現象；井巷易發生冒頂、垮幫和底鼓現象。因此本礦床屬工程地質條件復雜的礦床。建議合理施工，合理選用預留安全煤柱、掛網、支撐、襯砌、錨噴和灌漿加固，作好頂拱和側墻襯砌等防護措施，遇較堅硬頂板巖石要進行放頂，防止片幫、冒頂和底鼓現象的發生。