丰城尚庄煤矿工程地质条件分析

邱开国

（江西中煤勘察设计总院有限公司，江西 南昌 330001）

尚庄煤矿位于江西省丰城市辖区323°方向，距丰城市约15 km；采矿权人为：江西煤业集团有限责任公司；开采深度由+36～-950 m标高，生产规模为0.45 Mt/a[2]。本矿区自西向东表现为北东向→近南北向→近东西构造格局，总体构造形态为一单斜，断层不甚发育，构造复杂程度为简单。 矿区范围内由老至新出露地层有：二叠系中统茅口组（P2m）、二叠系上统乐平组（P3l）和二叠系上统长兴组（P3c）、三叠系下统大冶组（T1d）及第四系（Q）。 矿山计量煤层5 层，已经开采的煤层B4b号煤层位于乐平组老山段，煤层厚度变化很小，变化规律明显，煤层结构简单，在尚庄煤矿采矿权范围内确定为稳定煤层[1]。本次核实勘查类型为一类一型—三型。 矿区水文地质条件中等；工程地质条件中等，环境地质条件复杂，矿床的综合开采技术条件仍属以环境地质为主的开采技术条件复杂的矿床（Ⅲ-3）。

1 工程地质条件现状

1.1 工程地质岩组

尚庄煤矿地区的工程地质勘探类型属层状岩类，按照矿区内不同岩性、风化程度、裂隙发育程度及主要的岩石强度将区内岩石划分为三个工程地质岩组。

（1）松散软弱岩组

第四系全新统残坡积层（Q4）

岩性主要为紫红色带浅黄色粘土， 粉质粘土，塑性较大，含少量砂土、砾石。 由上至下，从干燥到潮湿，硬塑—坚硬，稍密—中密， 属松散岩组。 试验结果：单轴抗压强度（饱和）为0.33 ～7.5 MPa，抗剪强度0.55～2.32 MPa，凝聚力1.78 MPa，内摩擦角14.6°[2]。

（2）半坚硬岩组

二叠系上统乐平组王潘里段（P3l4）

岩性由细砂岩、粉砂岩、泥岩和煤组成，C23煤层顶底板力学强度试验结果：细砂岩、粉砂岩的单轴饱和抗压强度为5.38～18.70 MPa， 抗剪强度为2.14～15.2 MPa， 饱和内摩擦角38°25′～42°20′，凝聚力2.24～4.76 MPa， 泥岩的吸水率为6.12～6.94，自由膨胀率为19%[2]。

二叠系上统乐平组老山段（P3l2）

岩性由细砂岩、粉砂岩、泥岩、炭质泥岩和煤组成，煤层顶底板力学强度细砂岩、粉砂岩、中砂岩的单轴饱和抗压强度为5.2～40.60 MPa， 抗剪强度为1.68～26.10 MPa， 饱和内摩擦角34°08′～41°30′，凝聚力2.10～8.79 MPa，泥岩的吸水率为6.12～6.94，自由膨胀率为19%[2]。

（3）坚硬岩组

①三叠系下统大冶组P1d灰岩。 质纯性脆，力学试验结果：单轴饱和抗压强度为19.5～24.8 MPa，抗剪强度8.6～11.1 MPa，凝聚力8.7 MPa，内摩擦角41.6°， 弹性模量6.76×104MPa， 泊松比0.38[2]。

②二叠系上统长兴组（P3c）

岩性为隐晶～细晶质厚层状灰岩，致密、坚硬，该层岩体完整，力学强度高，单轴饱和抗压强度为18.90～35.70 MPa，抗剪强度为7.77～8.19 MPa，饱和内摩擦角39.6°，凝聚力11.95 MPa[2]。

③二叠系上统乐平组狮子山段（P3l3）

岩性以中～细粒砂岩为主，致密、坚硬，抗风化能力强。 单轴抗压强度（饱和）为11.2～39.9 MPa，内摩擦角37.3°～37.9°，凝聚力4.52～10.59 MPa[2]。

④二叠系上统乐平组官山段（P3l1）

上部为厚层状中- 粗粒砂岩， 间夹细砂岩、砂质泥岩及粉砂岩。

1.2 结构面工程地质特征

本矿区结构面发育一般，区内岩体主要有碎裂结构、层状结构两大结构类型。 现将各种岩体结构类型对应岩体结构面特征叙述如下：

（1）碎裂结构

矿区内老山段地层在断层破碎带、裂隙带作用下形成各种碎裂结构岩体， 结构体为大小不等、形态不一的岩块，且呈不规则状，区内断层结构发育，查明断层十余条。 结构面岩体强度小、稳定性较差，矿区内岩体裂隙发育，属Ⅳ级结构面，大部分细微裂隙则属Ⅴ级结构面，稳定性一般。

（2）层状结构

岩层具粉砂岩、（粉砂质） 泥岩岩组的典型结构，为薄- 中厚层状，层理发育，局部夹含软弱夹层、如泥岩、煤、炭质泥岩等。 这些原生软弱夹层遇水软化后，大大降低了结构面的抗剪强度，岩体在失去原岩应力平衡状态后，易离层或沿剪切滑动面滑脱失稳。

1.3 顶、底板工程地质特征

（1）顶、底板特征

①伪顶：灰黑色- 黑色炭质泥岩，厚度0.86～6.23 m，性松软、易跨落。

②直接顶

以粉砂岩，细粉砂岩为主，厚度0.73～14.02 m，一般厚度5～8 m， 局部炭质泥岩。 深灰色-黑色，含植物叶片及碎片化石，有时含黄铁矿结核，夹镜煤或炭质条带，具缓波水平层理，属易跨落顶板。

③老顶：细砂岩与粗粉砂岩互层，厚度1.03～15.86 m， 一般为3 m左右， 灰- 浅灰色石英细砂岩，夹粉砂岩条带，层面上有炭屑及小云母片，具清晰的水平和水平波状层理，岩性致密坚硬，不易垮落，易管理支护。

④底板：以泥岩（粘土岩）为主，有时为细粉砂岩或炭质泥岩，厚度0.19～10.52 m，一般厚度1～2 m。 浅灰色—暗灰色（泥岩），团块状构造，含植物根部化石及黄铁矿结核，具鲕状结构，有滑感，遇水膨胀，开采时易发生底鼓。

（2）顶、底板力学性质

煤层顶板细砂岩、粉砂岩、中砂岩的抗压强度为5.22～40.60 MPa，抗剪强度为1.68～26.10 MPa，内摩擦角34°08′～41°30′，凝聚力2.10～8.79 MPa，泥岩的吸水率为6.12～6.94， 自由膨胀率为19%[2]。伪顶和直接顶易跨落，老顶稳固性好，不冒落；炭质泥岩底板开采时易发生底鼓。

2 工程地质条件在本核实期内的变化

本区煤系地层是二叠系上统乐平组，它是由一套砂岩、粉砂岩、泥质条带和煤层组成的岩层。 岩石多为泥硅质胶结，部分钙质、铁质胶结，总体硬度较大，属半坚硬岩层。

主要运输大巷一般选择在岩石坚固性系数比较大的官山砂岩层位中，抗压强度大、巷道底鼓变形小，对巷道中的细粉砂岩采用锚杆梯子梁全断面挂网的联合喷浆主动式支护，巷道状况非常好。 另外在穿过断层、 软弱层时除采取上述先进工艺外，还及时补打锚索，使困难地段的支护问题基本能得到解决。

本次调查发现矿山开采过程中工程地质条件基本无变化，亦未有发现明显的垮塌、冒顶等工程地质问题。 经核实，矿区工程地质条件没有明显变化。

3 工程地质条件预测评价

尚庄煤矿随着开采面积扩大、围岩揭露面积不断增加，但岩层整体稳定性较好。 局部破碎，特别是断裂结构面附近，岩体强度小、稳定性较差，具备坍塌、滑移的条件，有压缩变形的可能。 井巷围岩通过结构面时易失稳破坏，可引发顶板冒落，但加强支护后稳定性较好，预测其工程地质条件变化不大。

4 结语

综上所述，本区开采煤系地层主要是二叠系上统乐平组老山段B煤组， 煤层顶板多为灰黑色致密粉砂岩、砂岩及透镜体砾岩，局部夹泥岩，底板为灰黑色泥质砂岩、细粒砂岩，属半坚硬岩层，围岩类别属Ⅲ类。 本次核实期内没有发现明显的工程地质问题，矿区工程地质条件没有明显变化。 因此，本区工程地质条件仍为中等。