辽宁省地质矿产研究院 辽宁沈阳 110032
摘要：薄基岩为矿区岩石的一种，对薄基岩下开采的水文地质以及工程地质情况加以分析，是提高矿区开采效率以及安全性的主要途径。本文以某矿区为例，简要介绍了该矿区的薄基岩开采状况。基于此，主要从风化带岩石以及煤层顶板两方面出发，对开采区域的水文地质情况以及工程地质情况进行了观察。希望能够为各矿区工作人员提供参考。
关键词：薄基岩；水文地质特征；抗压强度；渗透系数
前言：近些年来，随着社会各领域发展水平的不断提升，矿产资源的需求量不断加大。提高矿产资源的开采水平，已经成为了我国各矿区重视的主要问题。矿产开采过程中，地下的水文情况以及工程地质情况，属于影响开采效率的两项主要因素。开采前，工程是否能够详细的掌握两项因素的基本特征，是决定开采过程是否能够顺利进行的关键。可见，对薄基岩下开采的水文地质与工程地质特征加以分析较为必要。
1 矿区概况
矿区位于我国国内某地，为煤炭资源开采区域。原设计防水煤共80m，后期调查显示，原设计指标与矿区的地质特征，存在较大的差异。需适当调整该指标，以提高煤炭资源的开采效率。截至到目前，该矿区共建立了工作面82个，不同工作面在开采方式、涌水情况以及压架情况方面对比，均存在较大的差异。以工作面A为例，该工作面的参数为755mm，开采方式以炮采为主，涌水情况为3m3/h。通过对工作面压架情况的观察发现，该工作面推进38m初次压架时压架，出水次数共四次。矿区具体情况见图1：
图 1 矿区概况
2 薄基岩下开采的水文地质与工程地质特征分析
2.1 薄基岩下开采的水文地质特征
本矿区薄基岩下开采风化带岩石与煤层顶板的水文特征如下：
2.1.1 风化带岩石的含隔水性
通过对风化带岩石含隔水性的观察发现，该区域的地层受长期风化作用的影响，风化带的厚度较大，最大可达40m。由于区域内基本无流水侵蚀的问题，因此风化物的保留均相对完整。进一步勘查发现，矿区的出水位置共包括4个，分别为作面切眼上、上风巷、下凤巷以及泵窝区域[1]。以上风巷为例，该区域的出水量最大为55m3/h，最小为4--5m3/h。区域水源主要来源于风化带裂隙水，颜色泛黄，表明水体内部含有泥沙，判断风化带富水为该导致该现象形成的主要原因。结合上述勘察结果，矿区决定通过调整防水煤柱高度的方式，使渗水的问题得到解决。
2.1.2 煤层顶板的富水性分析
矿区二叠系煤岩层中，局部存在裂隙含水层。含水层的富水情况，与之开裂的严重程度以及开裂区域波及范围存在一定的联系。受古地形以及岩相的影响，矿区煤层顶板的富水性存在较大的差异。进一步勘察发现，矿区工作面顶板砂岩的出水位置共3个，分别为下风巷、上风巷以及泵窝区域。以上风巷为例，该区域煤层顶板的最大出水量为10m3/h，最小为5m3/h[2]。区域水源主要来源于风化带裂隙水，判断导致该现象产生的原因，与裂隙带波及顶板砂岩缝隙有关。结合上述勘察结果，矿区决定通过提高顶板密封性的方式，使问题得到解决[3]。
2.2 薄基岩下开采的工程地质特征
本矿区薄基岩下开采风化带岩石与煤层顶板的工程地质特征如下：
2.2.1 风化带岩石的力学性质
勘探结果显示，该矿区的岩石，以风化泥岩、风化粉砂岩等为主。通过对岩石物理力学指数的计算发现，风化泥岩的抗压强度处于16MPa--0.8MPa之间，风化粉砂岩的抗压强度处于4.0MPa--68.1MPa之间[4]。可见，与风化泥岩相比，风化粉砂岩的力学性质较好，更加有利于工程施工。进一步勘探发现，矿区内的风化粉砂岩，内聚力处于5.05MPa-7.78MPa之间，内摩擦角为32.00°--37.19°，弹性模量为1.03GPa--2.81GPa，泊松比为0.19--0.23。与之相比，风化泥岩内聚力处于1.21MPa-6.34MPa之间，内摩擦角为31.02°--33.54°，弹性模量为0.35GPa--0.60GPa，泊松比为0.34--0.50。通过对上述勘探结果的分析发现，风化泥岩的弹性变形较弱，塑性变形问题的发生几率较高。受多种力学作用的影响，风化泥岩极容易发生膨胀，该特点有利于缩小防水煤柱。结合上述勘察结果，矿区决定通过补孔的方式，进一步提高工程施工的安全性。
2.2.2 煤层顶板的力学性质
该矿区煤层的伪顶岩性，以砂质泥岩等为主。通过对物理力学指标的计算发现，岩石抗压强度的大小，与之胶结物之间存在一定的联系。进一步计算发现，该区域内泥岩的抗压强度根据矿区的不同而有所不同，A区泥岩的抗压强度平均值为23.01MPa、B区域为45.69MPa、C区为50.00MPa、D区为70.84MPa。粉质泥岩的抗压强度计算结果提示，A区的抗压强度平均值为41.01MPa、B区域为35.89MPa、C区为81.47MPa、D区为35.20MPa。粉砂岩的抗压强度计算结果表明，A区的抗压强度平均值为28.97MPa、B区域为73.654MPa、C区为80.27MPa、D区为40.06MPa。对比各区域岩石的抗压强度计算结果发现，该矿区的岩石抗压强度均较高，对矿产资源开采工程安全性的提高较为有利。结合上述勘察结果，矿区决定充分利用矿区的上述优势进行开采，使工程的开采效率以及安全性得以提升。
结论：
综上所述，本矿区通过对薄基岩下开采的水文地质与工程地质特征的分析，掌握了当地地下的岩土以及水文特点，为矿产开采效率的提升提供了有力的证据。各矿区可以以本矿区为参考，利用多种技术对矿区薄基岩下开采的水文地质情况以及工程地质情况加以分析，使矿产资源开采方案的科学性以及安全性能够得到更大程度的保障。
参考文献：
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[3]王军，赵欢欢，刘晶歌.薄基岩浅埋煤层工作面地表动态移动规律研究[J].矿业安全与环保，2016，43（01）：21-25.
[4]尚群，张海韦，李宁.巨厚松散层薄基岩下安全煤岩柱的留设方法实践[J].能源技术与管理，2015，40（02）：114-116.
论文作者:张朝月
论文发表刊物:《建筑科技》2017年第23期
论文发表时间:2018/2/26
标签：矿区论文; 基岩论文; 抗压强度论文; 泥岩论文; 顶板论文; 水文地质论文; 煤层论文; 《建筑科技》2017年第23期论文;