蘆嶺礦基巖風(fēng)化帶工程地質(zhì)特性研究

1、水 文 地 質(zhì) 工 程 地 質(zhì) 2 0 0 4年 第 1 期 蘆 嶺礦 基巖 風(fēng) 化 帶 工 程地 質(zhì)特 性 研 究 宋曉梅 ， 桂 和榮 ， 陳富勇， 李 明好 ( 1 ． 安徽理 工 大學(xué) ， 淮南 2 3 2 0 0 1 ；2 ． 淮北礦 業(yè)集 團(tuán)公 司 ， 淮北 2 3 5 0 0 0 )摘 要 ： 通 過 對 蘆 嶺 礦 區(qū) 8 1 0采 區(qū)基 巖 及 其 風(fēng) 化 帶 巖 性 、 礦 物 組 成 、 膨 脹 性 等 測

2、試 ， 以及 對 基 巖 風(fēng) 化 帶 的水 穩(wěn) 定 性 分 析 ， 得 出 了風(fēng) 化 帶 巖石 遇 水 易崩 解 、 水 穩(wěn)定 性 差 的結(jié) 論 ， 為 該 采 區(qū)放 頂 煤開 采 防 水 、 防砂 、 防 塌技 術(shù) 的研究 提 供 了 依據(jù) 。關(guān) 鍵 詞 ： 風(fēng) 化 帶 ；基巖 ；水 穩(wěn) 定性 ； 巖 組 性 質(zhì) 中圖 分 類 號 ： T U 4 5 8文 獻(xiàn) 標(biāo) 識 碼 ： B文 章 編 號 ：1 0 0 0 — 3 6 6 5 (

3、 2 0 0 4 ) 0 1 — 0 0 6 0 ． 0 3l 礦 區(qū)概 況 蘆嶺礦 區(qū) 8 1 0采 區(qū)主采煤層 為二 疊 系下石 盒 子組 八 、 九煤 層 。區(qū) 內(nèi)第 四系松 散 層 厚 1 8 3 ． 0～2 5 6 ． 3 m， 平 均 2 4 2 ． 5 2 m， 自上而 下發(fā) 育 4個含 水層 和 3個 隔水 層 ，其 中 ， 三 含 為 本 區(qū) 強(qiáng) 含 水 層 。 四 含 厚 度 為 5 ． 0～2 2 ． 9 9 m，

4、 直接 覆蓋 在八煤 的薄 覆 巖上 ( 圖 1 ) ， 構(gòu) 成 了礦 坑直接 充水 水 源¨ ’。 因此 ， 分 析研 究 基 巖 、 風(fēng) 化帶 的 巖性 、 礦物 組成 、 水 穩(wěn) 定 性 等特 征 ， 確 定 四含水 能 否 透 過 覆巖進(jìn) 入礦坑 以及 滲流過 程對 覆巖 ( 特別是 風(fēng)化帶 )的 流 變 性 影 響 ， 對 能 否 保 證 安 全 開 采 具 有 重 要 意 義 ·。2 基 巖 風(fēng) 化 帶

5、的分 布 及 其巖 性 特 征 2 ． 1 基 巖風(fēng)化 帶 的分 布規(guī) 律 8 1 0采 區(qū)范 圍內(nèi) ， 八 煤覆 巖 厚 度 為 3 ． 1 2～1 7 ． 8 6 m。其 中風(fēng) 化帶厚 度為 3 ． 4 4～1 7 ． 8 6 m( 表 1 ) 。根據(jù) 覆巖 及 風(fēng) 化帶 厚度分 析 ， 八 煤覆 巖厚 度 自西 向東逐 漸增厚 ， 風(fēng) 化帶厚 度變 化與覆 巖厚 度變化 趨勢基 本一致 。大多數(shù) 鉆孔揭 露 ， 八 煤覆巖 風(fēng)化

6、嚴(yán)重 ， 風(fēng)化帶 厚度 占覆巖 總厚 度在 5 0 ％以上 ， 在 8 1 0采 區(qū) 范 圍 內(nèi) 1 3個 鉆 孔 中， 有 6個鉆孔 中所 見 的覆 巖全 部全 風(fēng)化 。2 ． 2 基巖 風(fēng)化帶 的巖性 特征 8 1 0采 區(qū)范 圍 內(nèi)風(fēng)化 帶 基巖 有 砂巖 、 泥 巖 、 煤 和粉 細(xì)砂 巖等 ， 其 中 以砂 巖 、 泥 巖 為 主 。砂 巖 上 部 細(xì)粒 粉 狀 ， 風(fēng)化 強(qiáng)烈 ， 為土黃 色 ； 中部 為細(xì) 中粒結(jié) 構(gòu) ，

7、塊 狀而且 有 鐵質(zhì)浸 染 ； 底 部為 中粗粒結(jié) 構(gòu) ， 黃色且 帶有黑 色礦 物 收 稿 日期 ： 2 0 0 3 ． 0 5 ． 1 3 ；修 訂 日期 ： 2 0 0 3 ． 0 8 ． 2 5基 金項(xiàng) 目 ：安徽 省教 育 廳 自然 科 學(xué) 研 究 項(xiàng) 目( 2 0 0 3 k j 0 8 2 )作 者簡 介 ： 宋 曉梅 ( 1 9 6 2 ． ) ， 女 ， 副 教 授 ， 碩 士 生 導(dǎo) 師 ， 從 事 水 文 地 質(zhì)

8、學(xué) 及環(huán) 境 水 文 地 質(zhì) 學(xué) 教 學(xué) 與 科 研 工 作 。地 厚度 柱狀 巖性 備注 層 ( m)2 7 ． 5 1ii§中 砂 、 粗 砂 夾 粘 土第 一 含 水 層2 4 ． 3 6l粘 土、 亞 粘土第 一 隔 水 層松 2 5． O 3中砂 、粗砂夾粘土 第二含水層 s s ． - z粘 土、亞粘土 第二隔水層 散 粗砂 、中砂、細(xì)砂夾粘土 第三 含水層 6 9 ． 5 6層 ／粘 土 、

9、含 砂 粘土第三 隔 水 層3 0 ． 2 1／粘土夾礫石 第四含水層 廣 ， ／ 泥巖、 粉砂巖、砂巖— —7 ． 1 9 萱蓄 ／ 八 煤 層基 巖 面 以 下— —1 0 m 左右為 疊 3 ． 4 5 ■ i i i i九煤層 、頂板為 泥巖 基巖風(fēng)化 帶 系 2 9 ． 2 3泥 巖 、 粉砂巖 圖 18 1 0采 區(qū) 8 1 —6鉆 孔 綜合 柱 狀 圖F i g ． 1Co m p r e n h e n

10、c i v ec o l u m o fd r i l lh o l en a m b e r81 ． 6i n81 0d i v i s i o n條紋 。泥 質(zhì)膠結(jié) ， 斷 面粗 糙 ， 原 生 結(jié)構(gòu) 遭 受破 壞 ， 性 脆 易碎 。泥 巖灰一 深灰 色 ， 風(fēng) 化強(qiáng) 烈 ， 含 鈣 質(zhì) ， 有植 物 化 石碎 片 ， 松散 易碎 ， 巖 芯 通 常風(fēng) 化 破碎 呈 粉狀 ， 局部 塊 狀 ， 含鐵質(zhì)結(jié) 核 。8 1 0采 區(qū)

11、僅 在 8 1—1 3孔 風(fēng) 化 帶 中揭 露 一層煤 線 ， 即七煤 ， 黑色軟 泥狀 ， 局部粉末 狀 ， 光澤暗 淡 ， 灰 分較 高 。粉砂 巖 灰 色至 深灰 色 ， 砂 質(zhì) 分 布不 均 ，局部 泥質(zhì) ， 易 碎 ， 含植 物化 石 。3 基 巖 風(fēng) 化 帶 的礦 物 組 成 及 其 物 理 力學(xué) 特 征 3 ． 1 礦物組 成 利用 K Y一1 孔及 首 采 面風(fēng) 巷 四含 放 水 孔 采 取 風(fēng) 化帶 巖樣 ， 磨 制

12、薄片 ， 在顯 微 鏡 下進(jìn) 行 巖 礦鑒 定 ， 并 對 泥巖 進(jìn)行 x一射線 衍射分 析 ( 表 2 、 圖 2 ～圖 4 ) 。維普資訊 http://www.cqvip.com · 6 2水文 地 質(zhì) 工 程 地 質(zhì) 2 0 0 4年 第 1 期 化泥 巖具 有較 強(qiáng) 的吸水膨 脹性 。④ 風(fēng)化帶 巖石 的顯微 結(jié)構(gòu)多 為泥質(zhì) 或粉砂 質(zhì)結(jié) 構(gòu) ， 微 細(xì)層 理發(fā)育 ， 巖石 遇水 后在垂直 和平 行層理 方 向上膨

13、脹 性較 強(qiáng) 。3 ． 2 物 理力學(xué) 性質(zhì) 基 巖風(fēng)化帶 巖樣 物 理 力學(xué) 性 質(zhì) 測 試 結(jié)果 如 表 3 ，泥 巖孔 隙率 均 大 于 1 0 ％， 反 映 泥 巖 壓縮 性 大 于砂 巖。②部 分泥 巖樣浸 水泥 化 程 度較 高 ， 而且 具有 一 定 的 塑 性 ，=1 0 ． 1 2～1 1 ． 9 9 ( 表 4 ) 。③ 砂 巖 的抗 壓 強(qiáng)度 相對 較 大 ， 其 數(shù) 值 為 1 5 ． 5 M P a ， 而 泥

14、 巖 抗 壓 強(qiáng) 度 均 小 于 I O M P a 。④砂 巖 和 泥 巖 的 抗 拉 強(qiáng) 度 均 較 小 ， 其 中砂 巖 可得 出其 特 點(diǎn) 是 ： ① 風(fēng) 化 帶 中砂 巖 孔 隙 率 小 于 1 0 ％ ，接 近 1 ． O MP a ， 而泥 巖抗拉 強(qiáng)度小 于 0 ． 3 MP。表 3 基 巖 風(fēng) 化 帶 巖 樣 物理 力學(xué) 性 質(zhì) 測 試 結(jié) 果 T a b l e3M e a s u r e dm e c h a n

15、i c a lr e s u l t so fr o c ks p e c i m e n sf r o m we a t h e r e dz o n e4 基 巖 風(fēng) 化 帶 巖 石 的 水 穩(wěn)定 性 研 究 4 ． 1 粘 塑 性 特 征 對 風(fēng)化程 度較 高的風(fēng) 化帶 巖土樣 進(jìn)行 了粘性 指標(biāo) 的測 試 ( 表 4 ) ?？?以 看 出 ， 風(fēng) 化 帶 巖 土 樣 液 限 較 低 ( 2 5 ％左 右 ) ， 液 性 指數(shù)

16、為 0 ． 4 4 6～1 ． 0 5 。按 照 《 工業(yè) 于 民用建筑 地基 基礎(chǔ)設(shè) 計(jì) 規(guī) 范》 關(guān) 于粘 性 土 軟 硬狀 態(tài) 的 劃 分原則 ， 本 次 6個風(fēng) 化帶 巖土樣 中 ， 有 3 個 處 于可 塑 狀 態(tài) ( 0 ． 2 51 ． 0 ) 。 由此 可 見 ， 風(fēng) 化 帶 巖土具 有較 強(qiáng) 的 隔水 性 能 ( ，>1 0 ) ， 但一 旦 有 水 的 加入 ( 如上覆 四含水 的 向下滲流 ) ， 即產(chǎn) 生

17、流動 。表 4 風(fēng) 化 帶 巖 土 樣 物 理 指 標(biāo) 及 粘性 指 標(biāo) 測試 結(jié)果 T a b l e4M e a s u r e dp h y s i c a la n dc o h e s i v ep a r a m e t e r so fs p e c i m e n s f r o m w e a t h e r e d z o n e4 ． 2 浸 水試驗(yàn) 及 水穩(wěn)定性 分析 為了進(jìn)一 步 了解 8 1 0采

18、 區(qū)覆 巖及 其風(fēng) 化 帶巖 石 的 水穩(wěn)定 性 、 再 生隔 水能力 ， 本 次研究 中進(jìn)行 了巖石 的浸 水試驗(yàn) 。其結(jié) 果 為 ： ① 砂 巖遇 水 即 崩 解 ， 而且 速 度 較 快 ， 大 約 3 0 s 后 很 快 崩 解 ， 崩 解 量 為 1 0 0 ％。② 砂 泥 巖 崩解成若 干小 碎 塊 ， 局部 泥 化 ， 崩解 量 為 1 0 0 ％。③ 泥 巖一般 沿層 理裂開 ， 遇水 立 即泥化 ， 崩解量 為 1 0

19、 0 ％ 。5結(jié) 論 經(jīng)過 以上 分 析 研究 ， 8 1 0采 區(qū)風(fēng) 化 帶 厚 度 占用 煤 覆巖 厚度 的 8 0 ％ 以上 ， 以 風(fēng) 化 砂 泥 巖 為 主 ， 具 有 一 定 的 隔水性 和再生 隔水 能力 。風(fēng)化帶 巖石 強(qiáng)度 低 ( 尺為 I O M P a 左 右 ) ， 浸水 泥化程 度高 ， 易崩 解 ， 根據(jù) 軟 硬狀 態(tài) 分析 及浸 水試驗(yàn)結(jié) 果 ， 認(rèn) 為 基 巖 風(fēng)化 帶 巖 石 屬遇 水 易 崩 解 ，

20、水穩(wěn) 定性較 差 的類型 ， 具有 一定 的流變 特性 。參 考 文 獻(xiàn) ：[1]桂 和 榮 ， 陳 富 勇 ， 李 偉 ， 等 ． 蘆 嶺 礦 區(qū) 8 1 0采 區(qū) 第 四 系含水層滲透穩(wěn)定性研究[ J ] ． 煤炭科學(xué)技術(shù) ， 2 0 0 2 ，3 0 ( 2 ) ： 3 2 —3 4 ．[ 2] 桂和榮 ， 孫家 斌 ， 李明好 ， 等 ． 厚松散層 下及 超薄覆 巖條件下放頂煤 開采放 防砂煤 柱 [ J ] ． 煤 田地質(zhì) 與

21、 勘 探 ， 2 0 0 2 ， 3 0 ( 2 ) ： 3 6 —3 9 ．[ 3]武強(qiáng) ， 董東林 ， 錢增 江 ． 試論華北型煤 田立體充水地 質(zhì)結(jié)構(gòu)理論 [ J ] ． 水文 地質(zhì)工程地質(zhì) ， 2 0 0 0 ， 2 7 ( 2 ) ： 4 7— 4 9．[ 4]張 文藝 ． 潘 謝 礦 區(qū) 水 文地 質(zhì) 特 征 與 縮 小 防 水煤 柱 機(jī) 理 [ J ] ． 水文地質(zhì)工程地質(zhì) ， 2 0 0 2 ， 2 9 ( 3 ) ：