榆阳煤矿保水采煤的工程地质条件研究.doc

榆阳煤矿保水开采的工程地质条件基金项目：陕西省科学技术推广计划（2023TG-01）作者简介：蒋泽泉（1967-），男，陕西临潼人，高级工程师，从事煤矿水文地质工程地质环境地质工作。蒋泽泉1，吕文宏2（1陕西省煤田地质局一八五队，陕西榆林719000；2陕西中能榆阳煤田有限公司，陕西榆林719000）摘要：榆阳煤矿岩体划分为散体结构、碎裂结构、层状结构和块状结构四大岩体结构类型。覆岩工程地质体分为土体、岩体类两大组，土体涉及松散沙层组和土层组，岩体类分为两大岩类五大岩组。研究了关键隔水层（午城黄土）的隔水性，午城黄土粘土矿物成分中蒙皂石含量17%，说明其遇水有一定膨胀性，天然渗透系数0.051m/d，在煤层综采后，进行了钻孔原位注水实验显示午城黄土渗透系数0.042m/d，现有的煤炭开采强度下对午城黄土可以保持隔水性，在地表边沿拉伸裂隙区域午城黄土不能保持其隔水性。基岩在卸载未破坏的过程中渗透性有一定的提高，导水裂隙带及地表拉伸裂隙带之间的基岩体即使没有到达强度极限其渗透性亦有一定的增大，使得上覆潜水越流进入矿井。关键词：保水采煤（保水开采）；工程地质条件；岩土体类型；榆神矿区1前言榆阳煤矿位于毛乌素沙漠南缘，区内以沙漠滩地及半固定沙丘地貌为主，仅东南隅麻界、大墩梁见黄土梁岗地形地貌，沙漠覆盖率在70%以上。区内地势平坦，地形起伏不大。海拔高程大墩梁一带最高，可达1219.8m，白家伙场东侧芹河河谷最低，为1102.7m，相对高差100m左右。该风沙区大多地表干旱，缺少水分，植被稀疏，但风沙滩地的潜水位较浅，以第四系冲积物为主，区内有疏密不等的短小冲沟，植被稀少，水土流失较重。榆阳煤矿3煤开采，实测的综采条件下导水裂隙带发育高度为84.8~96.3m，为采厚的24.2~27.5倍，冒落带高度为14.2~17.2m，为采厚的4.06~4.91倍，研究煤层顶板隔水岩组厚度、物理力学性质，是煤炭科学开采、保水开采的基础性工作[1-8]，为此，我们具体划分了3号煤层顶板岩组类型及厚度、性质，编绘了煤层与含水层之间的隔水层厚度等值线，为煤矿保水开采提供了设计参数和依据。2主采煤层厚度图1榆阳煤矿3号煤层等厚线图井田主采3号煤层呈简朴的层状于延安组第三段顶部或上部产出，层位稳定，除东部被冲刷缺失外，井田其他地段均有分布（图1）。煤层产状受区域构造和古地形条件的控制，向北西西微倾，倾向301°，降深幅度平均4.2m／km，平均倾角0.28°；底板标高最高约1023m，最低约895m，一般变化在930～980m之间；区域埋深最浅约70m（井田东南部芹河河道），最深约310m（ZK1616钻孔西北井田边界附近），一般在180～270m之间。区内所有施工钻孔中，除井田东部的部分钻孔3号煤层被冲刷缺失未见煤以外，其余钻孔均见及该煤层，煤层厚度0.07～4.08m，平均2.37m，极差4.01m，标准差1.40，变异系数59.07%。煤层厚度总体由南、西、东向中部、北部增大，变化规律明显。目前开采区域厚度为2.4～3.6m，煤层厚度多集中于3.2～3.6m。3煤层覆岩结构、工程地质性质及顶板类型3.1煤层覆岩结构根据组成岩体的结构面和岩石性质，从煤矿生产应用的角度出发，把区内岩体划分为散体结构、碎裂结构、层状结构和块状结构四大岩体结构类型。散体结构（图2a）。重要指土体类，亦涉及基岩的强烈风化带。沙土体多呈松散状，局部为半固结松散状态，无强度或强度极弱，是工程地质性能最差的岩体结构。强烈风化岩中的节理、裂隙大量发育且呈无序状排列，多数岩石遇水崩解，岩体强度很低，变形明显，近似松散介质，在煤矿开拓过程中易引起较多的工程地质问题发生。碎裂结构（图2b）。本区构造简朴，无大的断层存在，碎裂结构重要为基岩弱风化带组成，此类岩体结构面间距20～40cm，且互相切割，结构体为大小不一，形状各异的岩块，且呈不规则状，强度较低。作为井巷围岩容易失稳破坏，为巷道顶板时易大面积切顶垮落。层状结构（图2c）。层状结构是煤系地层中泥岩组的典型结构，为薄-中-厚层状，夹泥岩、煤、炭质泥岩等软弱夹层，局部夹有中厚层砂岩、粉砂岩。该岩体结构特点是岩体分层多，软硬相间。受沉积因素影响，剖面上厚度和平面上分布变化大。受各种结构面的影响，结构体形态以长方体，板状体为主。在煤系地层为相对隔水层，易受地下水对岩石的软化、崩解、离析等。在煤层顶板多以复合结构产出，失去原岩压力平衡状态后，以离层或沿滑面滑脱失稳为重要表现形式。块状结构（图2c）。重要指直罗组及延安组砂岩的岩体结构，亦涉及以钙质胶结为主的且厚度相对较大的粉砂岩。岩体分层厚度一般大于0.5m，大部分为中厚～厚层状。结构面较层状结构岩体为少，层理特性是不连续的交错层理或波状层理，平行层理，多以煤层的基本顶板出现，是区内各种结构中完