新疆吉木萨尔县红桥煤矿工程地质及其开采技术条件分析与研究

杨宜原

摘   要：本文通过对吉木萨尔县红桥煤矿的巷道揭露、钻探、物探、等地质勘查资料的调查;以煤田地质勘查、矿井地质等理论为指导;对矿区的工程地质、瓦斯、煤尘及煤的自燃、环境地质等开采技术条件进行全面的总结和归纳分析;从而为合理规划、开发矿区的煤炭资源，促进矿区煤炭工业健康有序发展，加快矿区建设，提供了必要的理论和技术支持。

关键词：红桥煤矿  工程地质  瓦斯  自燃  环境地质

中图分类号：TD8                                   文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2019）06（b）-0076-02

新疆吉木萨尔县红桥煤矿位于吉木萨尔县城南14km炭窑子沟河畔，行政区划属吉木萨尔县大有乡管辖。其工程地质及其开采技术条件较为复杂。

1  工程地质

1.1 岩石力学特征

井田内地层由泥岩、粉砂质泥岩、泥质粉砂岩夹砂岩、含砾砂岩和煤层组成，以粉砂质和泥质岩石为主，仅局部见有砂岩和含砾砂岩。呈陡倾的单斜状态产出，节理不发育，由岩层界面演化形成的裂隙中等发育，砾岩、砂岩中有一定的孔隙。本次在ZK202孔南槽和北槽煤层顶底板分别采集了4组岩石物理力学性能试验样品，分析结果反映各组样品物理力学性能指标接近，南槽煤层顶板、夹矸、北槽煤层顶板（相当于南槽煤层底板）和底板岩石饱和状态下单轴抗压强度分别为3.1MPa、4.4MPa、11.6MPa和11.8MPa，按照岩石单轴极限抗压强度分级标准，岩石强度属于软岩类;干燥状态下南槽煤层顶板、夹矸、北槽煤层顶板（相当于南槽煤层底板）和底板岩石单轴抗压强度分别为15.9MPa、17.6MPa、30.1MPa和32.7MPa，软化系数分别为0.19、0.25、0.39和0.36，均小于0.75，属于易软化岩石，饱和状态下易软化变形或碎裂，力学强度大幅度下降。天然状态下南槽煤层顶板、夹矸、北槽煤层顶板（相当于南槽煤层底板）和底板岩石单轴抗拉强度分别为0.9MPa、1.4MPa、3.6MPa和2.1MPa，内摩擦角分别为40.0°、29.9°、28.4°和33.7°，凝聚力系数分别为2.04、3.91、6.90和5.46，反映煤层顶底板岩石抗拉强度和抗剪断能力差，根据钻孔岩心统计的RQD值在25～75之间，反映质量等级属于劣的～中等的岩石。岩体结构类型为层状结构，岩体质量系数介于0.1～0.3之间，岩体质量等属于“坏”的类别。

1.2 工程地质条件评价

井田内煤层厚度大，岩层陡立，原始沉积层理较发育，经构造变动破坏后又产生了一定的构造裂隙;煤层顶底板以粉砂质和泥质岩石为主，属于易软化的软岩类;井田西邻炭窑子沟，受河流测向补给影响，岩层有一定的富水性;所以本井田煤层及其顶底板岩层稳定性较差，可能产生片帮现象，井田工程地质条件中等复杂。

2  瓦斯、煤尘及煤的自燃

2.1 瓦斯

《新疆昌吉州吉木萨尔县煤炭公司联营煤矿储量简测报告》显示井田内废弃矿井当年瓦斯鉴定结果为低瓦斯矿井。矿井煤层瓦斯含量及成份组成与相邻区域开采同一煤层、开采方法相似的矿井基本接近，随着开采深度的增加，瓦斯含量必然增加，建议设计和开采过程中要采取相应的措施，生产中加强通风管理，防止矿井瓦斯局部聚集引起瓦斯爆炸事故。

2.2 煤尘爆炸性

井田煤尘爆炸性试验结果反映：火焰长大于400mm，岩粉量达80%，鉴定结果为井田煤尘具有爆炸性。

2.3 煤的自燃倾向等级

井田内未发现煤层自燃，废弃矿井生產过程中未曾发生煤炭自燃。

井田内各煤分层及组合分析结果：氧化样着火温度309℃～313℃，原样着火温度312℃～316℃，还原样着火温度313℃～319℃，氧化-还原着火点温差4℃～7℃，按照煤的自燃倾向性等级分类标准，属于不自燃煤。

相邻的富通煤矿揭露的煤层露头曾发生过自燃。

根据以上分析，井田煤层有自燃的可能性，未来矿井设计及开采过程中应采取相应措施，及时封闭采空区，清理落煤，加强井巷通风，防止煤层自燃发火，确保安全生产。

2.4 地温

经勘查，井田内未发现地温异常。

3  环境地质

3.1 井田环境地质现状

井田地处博格达山北麓—准噶尔盆地南缘，属山前平原，海拔1130～1174m，总体地势东南高、西北低，地形起伏不大，基本为平原地貌和洪积台地地貌，相对高差2～4m。

井田属中温带大陆干旱气候，降雨量小，蒸发量大，气候干燥。10月至翌年3月为冰冻期，冻土厚度1.0～1.4m。

勘查区主要土地类型为裸土地，中东部为旱地。

该井田地震动峰值加速度为0.15g，地震基本设防烈度为Ⅶ度。

煤矿为地下开采，设计生产规模9万t/年，属小型矿山。

矿山目前崩塌、滑坡、泥石流、地面沉降等地质灾害不发育，由于采空区顶板冒落，井田西部废弃矿井采空区发现有一处地面塌陷和小规模的地裂缝，塌陷坑平面形态长方形，剖面形态为锥形，上口规模一般为3×15m，最大深度8m，目前已处于稳定状态。

3.2 矿山地质灾害危险性预测和综合评估

3.2.1 预测评估

井田为平原区，远离山区和冲洪积扇区，没有充足的碎屑物来源，预测分析矿山崩塌、滑坡、泥石流灾害危险性小。

矿区地表松散堆积物不发育;区域范围没有大规模抽排地下水和油气资源的活动，所以不易产生地面沉降，地面沉降危险性小。

井田范围内煤层顶底板多为粉砂质和泥质岩石，岩层倾角68°～72°，饱和状态下岩石单轴极限抗压强度小于40MPa，采空区顶板管理办法为全部陷落法，采煤工作面最小阶段垂高（h）20m，可采煤层累计采厚（M）22.13m，根据《矿区水文地质工程地质勘探规范》[1]参考性附录中经验公式Hc=0.5M和Hf=100Mh/（7.5h+293）+7.3计算，未来矿井采空区塌陷产生的冒落带最大高度Hc=11.07m，导水裂隙带最大高度Hf为107.21m。根据《煤矿地质学》[2]冒落带高度计算公式：H=M/[（K-1）COSα]（α为岩层倾角;K为冒落系数，一般取1.3）计算，冒落带高度为215.68m。又根据《采矿工程设计手册》[3]中冒落带高度和导水裂隙带高度计算公式：H=（M/0.15）COSα和Hd=（2～3）H计算，冒落带高度为50.46m，导水裂隙带高度为100.92～151.38m。而矿山开采上限深度为60余m，现状调查矿山已发生地面塌陷，所以预测未来矿山开采区域可能发生地裂缝和地面塌陷災害，不但破坏地貌景观，破坏耕地，还会威胁采空区上方建筑物及人身安全，其危险性大，矿山扩建设计和开采过程中应引起足够重视。

3.2.2 综合评估

未来矿山主要的地质灾害是地面塌陷和地裂缝。

总体评价矿山地质环境条件复杂程度中等。

3.3 地质环境问题

（1）井田煤层结构较复杂，顶、底板岩石稳定性差，开采过程中必然产生一定的矸石，堆放地表可能发生自燃，堆垛高度过大可能产生崩塌灾害，露天堆放影响地面自然景观，矸石风化裂解后随水流入河谷会造成河流污染。

（2）煤炭储存、运输过程中产生的废渣、粉尘或撒落地面，或随风飘散，可能造成空气和环境污染。

（3）矿井废水排放也是产生环境污染的因素之一。未来矿井每日排水近3000m3。水内含煤泥等悬浮物及多种重金属，长期排放可能对地表水体和土壤产生轻微的污染。

参考文献

[1] GB12719—1991《矿区水文地质工程地质勘探规范》[S].

[2] 杨孟达.煤矿地质学[M].北京：煤炭工业出版社，2006.

[3] 张荣立，何国纬.采矿工程设计手册[M].北京：煤炭工业出版社，2003.