豐城尚莊煤礦工程地質條件分析

邱開國

（江西中煤勘察設計總院有限公司，江西 南昌 330001）

尚莊煤礦位于江西省豐城市轄區323°方向，距豐城市約15 km；采礦權人為：江西煤業集團有限責任公司；開采深度由+36～-950 m標高，生產規模為0.45 Mt/a[2]。本礦區自西向東表現為北東向→近南北向→近東西構造格局，總體構造形態為一單斜，斷層不甚發育，構造復雜程度為簡單。 礦區范圍內由老至新出露地層有：二疊系中統茅口組（P2m）、二疊系上統樂平組（P3l）和二疊系上統長興組（P3c）、三疊系下統大冶組（T1d）及第四系（Q）。 礦山計量煤層5 層，已經開采的煤層B4b號煤層位于樂平組老山段，煤層厚度變化很小，變化規律明顯，煤層結構簡單，在尚莊煤礦采礦權范圍內確定為穩定煤層[1]。本次核實勘查類型為一類一型—三型。 礦區水文地質條件中等；工程地質條件中等，環境地質條件復雜，礦床的綜合開采技術條件仍屬以環境地質為主的開采技術條件復雜的礦床（Ⅲ-3）。

1 工程地質條件現狀

1.1 工程地質巖組

尚莊煤礦地區的工程地質勘探類型屬層狀巖類，按照礦區內不同巖性、風化程度、裂隙發育程度及主要的巖石強度將區內巖石劃分為三個工程地質巖組。

（1）松散軟弱巖組

第四系全新統殘坡積層（Q4）

巖性主要為紫紅色帶淺黃色粘土， 粉質粘土，塑性較大，含少量砂土、礫石。 由上至下，從干燥到潮濕，硬塑—堅硬，稍密—中密， 屬松散巖組。 試驗結果：單軸抗壓強度（飽和）為0.33 ～7.5 MPa，抗剪強度0.55～2.32 MPa，凝聚力1.78 MPa，內摩擦角14.6°[2]。

（2）半堅硬巖組

二疊系上統樂平組王潘里段（P3l4）

巖性由細砂巖、粉砂巖、泥巖和煤組成，C23煤層頂底板力學強度試驗結果：細砂巖、粉砂巖的單軸飽和抗壓強度為5.38～18.70 MPa， 抗剪強度為2.14～15.2 MPa， 飽和內摩擦角38°25′～42°20′，凝聚力2.24～4.76 MPa， 泥巖的吸水率為6.12～6.94，自由膨脹率為19%[2]。

二疊系上統樂平組老山段（P3l2）

巖性由細砂巖、粉砂巖、泥巖、炭質泥巖和煤組成，煤層頂底板力學強度細砂巖、粉砂巖、中砂巖的單軸飽和抗壓強度為5.2～40.60 MPa， 抗剪強度為1.68～26.10 MPa， 飽和內摩擦角34°08′～41°30′，凝聚力2.10～8.79 MPa，泥巖的吸水率為6.12～6.94，自由膨脹率為19%[2]。

（3）堅硬巖組

①三疊系下統大冶組P1d灰巖。 質純性脆，力學試驗結果：單軸飽和抗壓強度為19.5～24.8 MPa，抗剪強度8.6～11.1 MPa，凝聚力8.7 MPa，內摩擦角41.6°， 彈性模量6.76×104MPa， 泊松比0.38[2]。

②二疊系上統長興組（P3c）

巖性為隱晶～細晶質厚層狀灰巖，致密、堅硬，該層巖體完整，力學強度高，單軸飽和抗壓強度為18.90～35.70 MPa，抗剪強度為7.77～8.19 MPa，飽和內摩擦角39.6°，凝聚力11.95 MPa[2]。

③二疊系上統樂平組獅子山段（P3l3）

巖性以中～細粒砂巖為主，致密、堅硬，抗風化能力強。 單軸抗壓強度（飽和）為11.2～39.9 MPa，內摩擦角37.3°～37.9°，凝聚力4.52～10.59 MPa[2]。

④二疊系上統樂平組官山段（P3l1）

上部為厚層狀中- 粗粒砂巖， 間夾細砂巖、砂質泥巖及粉砂巖。

1.2 結構面工程地質特征

本礦區結構面發育一般，區內巖體主要有碎裂結構、層狀結構兩大結構類型。 現將各種巖體結構類型對應巖體結構面特征敘述如下：

（1）碎裂結構

礦區內老山段地層在斷層破碎帶、裂隙帶作用下形成各種碎裂結構巖體， 結構體為大小不等、形態不一的巖塊，且呈不規則狀，區內斷層結構發育，查明斷層十余條。 結構面巖體強度小、穩定性較差，礦區內巖體裂隙發育，屬Ⅳ級結構面，大部分細微裂隙則屬Ⅴ級結構面，穩定性一般。

（2）層狀結構

巖層具粉砂巖、（粉砂質） 泥巖巖組的典型結構，為薄- 中厚層狀，層理發育，局部夾含軟弱夾層、如泥巖、煤、炭質泥巖等。 這些原生軟弱夾層遇水軟化后，大大降低了結構面的抗剪強度，巖體在失去原巖應力平衡狀態后，易離層或沿剪切滑動面滑脫失穩。

1.3 頂、底板工程地質特征

（1）頂、底板特征

①偽頂：灰黑色- 黑色炭質泥巖，厚度0.86～6.23 m，性松軟、易跨落。

②直接頂

以粉砂巖，細粉砂巖為主，厚度0.73～14.02 m，一般厚度5～8 m， 局部炭質泥巖。 深灰色-黑色，含植物葉片及碎片化石，有時含黃鐵礦結核，夾鏡煤或炭質條帶，具緩波水平層理，屬易跨落頂板。

③老頂：細砂巖與粗粉砂巖互層，厚度1.03～15.86 m， 一般為3 m左右， 灰- 淺灰色石英細砂巖，夾粉砂巖條帶，層面上有炭屑及小云母片，具清晰的水平和水平波狀層理，巖性致密堅硬，不易垮落，易管理支護。

④底板：以泥巖（粘土巖）為主，有時為細粉砂巖或炭質泥巖，厚度0.19～10.52 m，一般厚度1～2 m。 淺灰色—暗灰色（泥巖），團塊狀構造，含植物根部化石及黃鐵礦結核，具鮞狀結構，有滑感，遇水膨脹，開采時易發生底鼓。

（2）頂、底板力學性質

煤層頂板細砂巖、粉砂巖、中砂巖的抗壓強度為5.22～40.60 MPa，抗剪強度為1.68～26.10 MPa，內摩擦角34°08′～41°30′，凝聚力2.10～8.79 MPa，泥巖的吸水率為6.12～6.94， 自由膨脹率為19%[2]。偽頂和直接頂易跨落，老頂穩固性好，不冒落；炭質泥巖底板開采時易發生底鼓。

2 工程地質條件在本核實期內的變化

本區煤系地層是二疊系上統樂平組，它是由一套砂巖、粉砂巖、泥質條帶和煤層組成的巖層。 巖石多為泥硅質膠結，部分鈣質、鐵質膠結，總體硬度較大，屬半堅硬巖層。

主要運輸大巷一般選擇在巖石堅固性系數比較大的官山砂巖層位中，抗壓強度大、巷道底鼓變形小，對巷道中的細粉砂巖采用錨桿梯子梁全斷面掛網的聯合噴漿主動式支護，巷道狀況非常好。 另外在穿過斷層、 軟弱層時除采取上述先進工藝外，還及時補打錨索，使困難地段的支護問題基本能得到解決。

本次調查發現礦山開采過程中工程地質條件基本無變化，亦未有發現明顯的垮塌、冒頂等工程地質問題。 經核實，礦區工程地質條件沒有明顯變化。

3 工程地質條件預測評價

尚莊煤礦隨著開采面積擴大、圍巖揭露面積不斷增加，但巖層整體穩定性較好。 局部破碎，特別是斷裂結構面附近，巖體強度小、穩定性較差，具備坍塌、滑移的條件，有壓縮變形的可能。 井巷圍巖通過結構面時易失穩破壞，可引發頂板冒落，但加強支護后穩定性較好，預測其工程地質條件變化不大。

4 結語

綜上所述，本區開采煤系地層主要是二疊系上統樂平組老山段B煤組， 煤層頂板多為灰黑色致密粉砂巖、砂巖及透鏡體礫巖，局部夾泥巖，底板為灰黑色泥質砂巖、細粒砂巖，屬半堅硬巖層，圍巖類別屬Ⅲ類。 本次核實期內沒有發現明顯的工程地質問題，礦區工程地質條件沒有明顯變化。 因此，本區工程地質條件仍為中等。