苏勒萨依井田煤层顶底板稳定性评价

戚树林

（山东省第一地质矿产勘查院 济南 250014）

苏勒萨依井田位于新疆伊犁哈萨克自治州伊宁县潘津乡，南距218国道15km，交通便利。主要构造形态以宽缓的背、向斜为主，总体地势北高南低，海拔标高741.60～1060.3m，一般相对高差50～150m，较为平坦。地层沿走向和倾向均有不同程度的起伏变化，地层倾角一般在5°～10°之间。

1 主要可采煤层顶底板岩层的构成

井田内主要可采煤层为煤21-1、煤26和煤27～29，其顶底板大都由直接顶板和直接底板构成，厚0.30～0.50m的泥岩或炭质泥岩伪顶和伪底仅局部可见，无厚而坚硬的老顶和老底存在。各主要可采煤层顶底板岩性、厚度变化较大，现分述如下。

1.1 煤21-1

顶板岩性以泥岩为主，其次为粉砂岩和炭质泥岩。泥岩厚1.38～31.82m，平均12.5m，粉砂岩厚度3.16～70.58m。

底板岩性以泥岩或粉砂质泥岩为主，其次为炭质泥岩和粉砂岩。泥质岩类厚度0.95～9.00m，平均2.66m；炭质泥岩厚度一般为0.40～2.90m，平均1.69m；粉砂岩厚度一般为0.96～9.16m，平均3.59m。

1.2 煤26

顶板岩性以细砂岩为主，其次为泥岩，局部为粉砂岩，仅边缘见有中粗砂岩、砾岩和炭质泥岩。细砂岩厚 1.07～24.87m，平均 4.46m；泥岩 厚 度 1.56～27.91m，平均4.59m；中粗砂岩、砂砾岩厚度1.03～3.32m，平均2.42m；局部粉砂岩厚0.83～10.09m，平均3.95m。

底板岩性以泥岩为主，其次为炭质泥岩，局部为粉细砂岩。泥岩厚度0.70～6.50m，平均1.85m；炭质泥岩厚度为0.53～3.2m，平均1.50m。

1.3 煤27

顶板岩性以泥岩为主，粉砂岩次之，局部为细砂岩。泥岩厚度2.48～25.52m，平均13.08m；粉砂岩厚度为1.42～27.81m，平均11.81m。

底板岩性以炭质泥岩为主，粉砂岩次之。炭质泥岩厚度0.50～11.02m；粉砂岩厚度一般为1.50～18.52m。

1.4 煤28

顶板岩性较单一，以泥岩为主，其次为炭质泥岩，仅少量粉砂岩。泥岩厚度0.70～8.22m，平均2.71m；炭质泥岩厚 0.80～3.85m，平均1.71m；粉砂岩厚度一般为1.50～18.52m，平均8.27m。

底板岩性与顶板有相似性，以泥岩为主，其次为炭质泥岩，仅少量粉砂岩。泥岩厚度0.72～6.67m，平均2.40m；炭质泥岩厚0.60～11.02m，平均3.41m；粉砂岩厚1.91～5.04m，平均3.08m。

1.5 煤29

顶板岩性以泥岩为主，炭质泥岩次之，粉细砂岩仅局部有分布。泥岩厚度0.80～28.16m，平均3.35m；炭质泥岩厚一般为0.50～2.95m，平均1.54m；粉细砂岩厚0.85～7.89m，平均3.12m。

底板岩性以泥岩为主，粉细砂岩次之，炭质泥岩仅局部出现。泥岩厚0.57～13.80m，平均6.17m；粉细砂岩厚度一般为0.70～16.61m，平均1.18m；炭质泥岩厚0.95～1.90m，平均1.47m。

2 主要可采煤层顶底板物理力学性质

井田内共见22层煤，其中煤21-1、煤26、煤27、煤28和煤29为主要可采煤层。各主要可采煤层顶底板岩性变化较大，主要为泥岩、粉砂质泥岩、粉砂岩、细砂岩、中砂岩、粗砂岩、砂砾岩、砾岩和少量炭质泥岩等，其物理力学性质有较大差异。不同类岩石强度普遍较低，属软质岩类。绝大多数岩石饱和抗压强度小于7.0MPa，或因遇水软化而无法做成。仅71-5钻孔煤21-1底板粉砂岩及煤29底板细砂岩，其饱和抗压强度分别达32.8 MPa和31.0MPa，属较坚硬岩。

泥质岩类：饱和抗压强度为0.70～2.40MPa，平均1.48MPa；吸水率7.48～17.87%，平均12.68%；软化系数 0.05～0.21，平 均 0.13；天 然 抗 拉 强 度 0.40～1.95MPa，平 均 1.18MPa；天 然 抗 剪 强 度 1.10～17.2MPa，平均7.69 MPa。

粉砂岩：饱和抗压强度为2.50～32.80MPa，平均13.47MPa；吸水率2.41～23.94%，平均9.90%；软化系数 0.17～0.59，平 均 0.38；天 然 抗 拉 强 度 1.00～2.60MPa，平 均 1.66MPa；天 然 抗 剪 强 度 3.10～15.00MPa，平均7.31MPa。

砂岩类：饱和抗压强度为6.3～31.0MPa，平均15.2 MPa；吸水率4.7%，软化系数0.57～0.71，平均为0.64；天 然 抗 拉 强 度为 0.80～2.13MPa，平 均 1.50 MPa；天然抗剪强度1.6～15.5MPa，平均10.36MPa。

另从声波速度测井数据换算的岩石抗压强度曲线可知：垂向上岩石抗压强度曲线呈锯齿状，强度不一，除个别地段岩石抗压强度不规律地偏高可达30～70MPa外，各类岩石抗压强度一般在10～20MPa之间；各类岩石抗压强度自上而下有逐渐增高之势，自煤23-2以上岩石抗压强度相对较低，而煤23-2以下岩石抗压强度则相对较高；泥质岩类岩石平均抗压强度一般为19MPa左右，砂岩类岩石平均抗压强度一般为17～23.4MPa左右，各类岩石绝大多数为低强度的软岩。

3 主要煤层顶底板稳定性评价

由各主要可采煤层顶板岩石构成及物理力学性质可知：各主要可采煤层顶板各类岩石发育水平层理，节理裂隙不发育，具厚层～薄层状结构，层面结合力较差、强度低。其平均天然抗压强度仅煤26以细砂岩类为顶板时稍高，为29.36MPa，大都在27.76～28.7MPa之间；平均饱和抗压强度为0.7～7.7MPa；平均抗拉强度为1.17～1.80MPa；平均天然抗剪强度4.56～27.90MPa；软化系数一般为0.12～0.405；另根据测井换算的各煤层顶板岩石平均抗压强度为20MPa，属软岩类。故各煤层顶板岩石均为抗水、抗风化和抗冻性能弱，易风化崩解离层和易软化的软质岩，易发生片帮、冒落、井壁坍塌现象，属工作面顶板来压比较稳定，顶板随着支柱的回收而垮落，为易冒落的不稳定顶板。

各主要可采煤层底板岩性主要为泥质岩类，其次为粉砂岩。除煤26底板和煤29底板为细砂岩类外，其它各类岩石平均天然抗压强度为23.77～28.7MPa，平均天然抗剪强度为6.28～.35MPa，遇水易软化，易出现底鼓现象。虽然煤26底板岩石平均天然抗压强度达32.18～32.85MPa，但遇水易软化，均表现出软岩特点；另根据测井换算的各煤层底板岩石平均抗压强度为22MPa，属软岩类。煤29底板细砂岩平均天然抗压强度为36.75MPa，其饱和抗压强度达31MPa，虽已达中硬强度，但软化系数为0.71，遇水较易软化，属较不稳定底板。因此除煤29细砂岩底板外，各煤层底板均属不稳定底板。

4 结论

综上所述，除煤29底板属较不稳定底板外，其它各主要可采煤层底板均属不稳定底板。未来矿井拟采用斜井开拓，在第四系20m以上黄土层有湿陷性、遇卵砾石层可有渗水现象，易坍塌；东北部遇古近系胶结松散的砂砾岩层时可出现流沙、管涌及坍塌；石门穿遇中粗砂岩或砂砾岩含水层及小断层时，可出现淋水、滴水现象；井巷易发生冒顶、垮帮和底鼓现象。因此本矿床属工程地质条件复杂的矿床。建议合理施工，合理选用预留安全煤柱、挂网、支撑、衬砌、锚喷和灌浆加固，作好顶拱和侧墙衬砌等防护措施，遇较坚硬顶板岩石要进行放顶，防止片帮、冒顶和底鼓现象的发生。