新疆吉木薩爾縣紅橋煤礦工程地質及其開采技術條件分析與研究

楊宜原

摘 ? 要：本文通過對吉木薩爾縣紅橋煤礦的巷道揭露、鉆探、物探、等地質勘查資料的調查;以煤田地質勘查、礦井地質等理論為指導;對礦區的工程地質、瓦斯、煤塵及煤的自燃、環境地質等開采技術條件進行全面的總結和歸納分析;從而為合理規劃、開發礦區的煤炭資源，促進礦區煤炭工業健康有序發展，加快礦區建設，提供了必要的理論和技術支持。

關鍵詞：紅橋煤礦 ?工程地質 ?瓦斯 ?自燃 ?環境地質

中圖分類號：TD8 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?文章編號：1674-098X（2019）06（b）-0076-02

新疆吉木薩爾縣紅橋煤礦位于吉木薩爾縣城南14km炭窯子溝河畔，行政區劃屬吉木薩爾縣大有鄉管轄。其工程地質及其開采技術條件較為復雜。

1 ?工程地質

1.1 巖石力學特征

井田內地層由泥巖、粉砂質泥巖、泥質粉砂巖夾砂巖、含礫砂巖和煤層組成，以粉砂質和泥質巖石為主，僅局部見有砂巖和含礫砂巖。呈陡傾的單斜狀態產出，節理不發育，由巖層界面演化形成的裂隙中等發育，礫巖、砂巖中有一定的孔隙。本次在ZK202孔南槽和北槽煤層頂底板分別采集了4組巖石物理力學性能試驗樣品，分析結果反映各組樣品物理力學性能指標接近，南槽煤層頂板、夾矸、北槽煤層頂板（相當于南槽煤層底板）和底板巖石飽和狀態下單軸抗壓強度分別為3.1MPa、4.4MPa、11.6MPa和11.8MPa，按照巖石單軸極限抗壓強度分級標準，巖石強度屬于軟巖類;干燥狀態下南槽煤層頂板、夾矸、北槽煤層頂板（相當于南槽煤層底板）和底板巖石單軸抗壓強度分別為15.9MPa、17.6MPa、30.1MPa和32.7MPa，軟化系數分別為0.19、0.25、0.39和0.36，均小于0.75，屬于易軟化巖石，飽和狀態下易軟化變形或碎裂，力學強度大幅度下降。天然狀態下南槽煤層頂板、夾矸、北槽煤層頂板（相當于南槽煤層底板）和底板巖石單軸抗拉強度分別為0.9MPa、1.4MPa、3.6MPa和2.1MPa，內摩擦角分別為40.0°、29.9°、28.4°和33.7°，凝聚力系數分別為2.04、3.91、6.90和5.46，反映煤層頂底板巖石抗拉強度和抗剪斷能力差，根據鉆孔巖心統計的RQD值在25～75之間，反映質量等級屬于劣的～中等的巖石。巖體結構類型為層狀結構，巖體質量系數介于0.1～0.3之間，巖體質量等屬于“壞”的類別。

1.2 工程地質條件評價

井田內煤層厚度大，巖層陡立，原始沉積層理較發育，經構造變動破壞后又產生了一定的構造裂隙;煤層頂底板以粉砂質和泥質巖石為主，屬于易軟化的軟巖類;井田西鄰炭窯子溝，受河流測向補給影響，巖層有一定的富水性;所以本井田煤層及其頂底板巖層穩定性較差，可能產生片幫現象，井田工程地質條件中等復雜。

2 ?瓦斯、煤塵及煤的自燃

2.1 瓦斯

《新疆昌吉州吉木薩爾縣煤炭公司聯營煤礦儲量簡測報告》顯示井田內廢棄礦井當年瓦斯鑒定結果為低瓦斯礦井。礦井煤層瓦斯含量及成份組成與相鄰區域開采同一煤層、開采方法相似的礦井基本接近，隨著開采深度的增加，瓦斯含量必然增加，建議設計和開采過程中要采取相應的措施，生產中加強通風管理，防止礦井瓦斯局部聚集引起瓦斯爆炸事故。

2.2 煤塵爆炸性

井田煤塵爆炸性試驗結果反映：火焰長大于400mm，巖粉量達80%，鑒定結果為井田煤塵具有爆炸性。

2.3 煤的自燃傾向等級

井田內未發現煤層自燃，廢棄礦井生產過程中未曾發生煤炭自燃。

井田內各煤分層及組合分析結果：氧化樣著火溫度309℃～313℃，原樣著火溫度312℃～316℃，還原樣著火溫度313℃～319℃，氧化-還原著火點溫差4℃～7℃，按照煤的自燃傾向性等級分類標準，屬于不自燃煤。

相鄰的富通煤礦揭露的煤層露頭曾發生過自燃。

根據以上分析，井田煤層有自燃的可能性，未來礦井設計及開采過程中應采取相應措施，及時封閉采空區，清理落煤，加強井巷通風，防止煤層自燃發火，確保安全生產。

2.4 地溫

經勘查，井田內未發現地溫異常。

3 ?環境地質

3.1 井田環境地質現狀

井田地處博格達山北麓—準噶爾盆地南緣，屬山前平原，海拔1130～1174m，總體地勢東南高、西北低，地形起伏不大，基本為平原地貌和洪積臺地地貌，相對高差2～4m。

井田屬中溫帶大陸干旱氣候，降雨量小，蒸發量大，氣候干燥。10月至翌年3月為冰凍期，凍土厚度1.0～1.4m。

勘查區主要土地類型為裸土地，中東部為旱地。

該井田地震動峰值加速度為0.15g，地震基本設防烈度為Ⅶ度。

煤礦為地下開采，設計生產規模9萬t/年，屬小型礦山。

礦山目前崩塌、滑坡、泥石流、地面沉降等地質災害不發育，由于采空區頂板冒落，井田西部廢棄礦井采空區發現有一處地面塌陷和小規模的地裂縫，塌陷坑平面形態長方形，剖面形態為錐形，上口規模一般為3×15m，最大深度8m，目前已處于穩定狀態。

3.2 礦山地質災害危險性預測和綜合評估

3.2.1 預測評估

井田為平原區，遠離山區和沖洪積扇區，沒有充足的碎屑物來源，預測分析礦山崩塌、滑坡、泥石流災害危險性小。

礦區地表松散堆積物不發育;區域范圍沒有大規模抽排地下水和油氣資源的活動，所以不易產生地面沉降，地面沉降危險性小。

井田范圍內煤層頂底板多為粉砂質和泥質巖石，巖層傾角68°～72°，飽和狀態下巖石單軸極限抗壓強度小于40MPa，采空區頂板管理辦法為全部陷落法，采煤工作面最小階段垂高（h）20m，可采煤層累計采厚（M）22.13m，根據《礦區水文地質工程地質勘探規范》[1]參考性附錄中經驗公式Hc=0.5M和Hf=100Mh/（7.5h+293）+7.3計算，未來礦井采空區塌陷產生的冒落帶最大高度Hc=11.07m，導水裂隙帶最大高度Hf為107.21m。根據《煤礦地質學》[2]冒落帶高度計算公式：H=M/[（K-1）COSα]（α為巖層傾角;K為冒落系數，一般取1.3）計算，冒落帶高度為215.68m。又根據《采礦工程設計手冊》[3]中冒落帶高度和導水裂隙帶高度計算公式：H=（M/0.15）COSα和Hd=（2～3）H計算，冒落帶高度為50.46m，導水裂隙帶高度為100.92～151.38m。而礦山開采上限深度為60余m，現狀調查礦山已發生地面塌陷，所以預測未來礦山開采區域可能發生地裂縫和地面塌陷災害，不但破壞地貌景觀，破壞耕地，還會威脅采空區上方建筑物及人身安全，其危險性大，礦山擴建設計和開采過程中應引起足夠重視。

3.2.2 綜合評估

未來礦山主要的地質災害是地面塌陷和地裂縫。

總體評價礦山地質環境條件復雜程度中等。

3.3 地質環境問題

（1）井田煤層結構較復雜，頂、底板巖石穩定性差，開采過程中必然產生一定的矸石，堆放地表可能發生自燃，堆垛高度過大可能產生崩塌災害，露天堆放影響地面自然景觀，矸石風化裂解后隨水流入河谷會造成河流污染。

（2）煤炭儲存、運輸過程中產生的廢渣、粉塵或撒落地面，或隨風飄散，可能造成空氣和環境污染。

（3）礦井廢水排放也是產生環境污染的因素之一。未來礦井每日排水近3000m3。水內含煤泥等懸浮物及多種重金屬，長期排放可能對地表水體和土壤產生輕微的污染。

參考文獻

[1] GB12719—1991《礦區水文地質工程地質勘探規范》[S].

[2] 楊孟達.煤礦地質學[M].北京：煤炭工業出版社，2006.

[3] 張榮立，何國緯.采礦工程設計手冊[M].北京：煤炭工業出版社，2003.