Question

煤矿工程地质勘察工作

Answer 1

煤矿工程地质勘察工作应尽量收集已有的地质、水文地质及邻近矿区的生产资料，充分利用地质孔、水文地质孔来满足工程地质调查的要求。在详查阶段，勘探孔间距一般500～1000m，用于工程地质目的一般不需增加勘探孔数，孔径一般采用89mm或108mm，对松散层、软弱岩层及煤层采用双层管取芯以减少扰动。须安排一定数量的孔全孔取芯。取芯深度一般要求从煤层之上30m至煤层以下10m。

3.1.3.1 钻孔编录工作

(1)在钻进过程中，每一岩层分层的钻进速度、钻杆振动以及冲洗液消耗量的变化、水位变化等均应作仔细观察、记录。

(2)取样或破坏岩芯之前，擦净岩芯表面的泥浆进行彩色拍照，这可提供一个持久良好的记录，而且可通过这些相片给出节理、自然岩层分层、软弱岩层及软弱夹层。

(3)对于取芯的每一岩(土)层，取芯后应立即观察描述。

黏土类土:首先根据黏土颗粒含量多少(借助于搓条、刀切等手段)划分为黏土和亚黏土，再描述其颜色、成分、层理、结核包裹体、化石、滑面及其倾角、接触面、温度和可塑性等。

砂类土:首先根据颗粒粒组的百分含量划分为砾石，粗、中、细、粉砂，再描述其颜色、颗粒成分及含量、分选性、滚圆度、层理、接触面、化石、结核、湿度和密实程度等。

岩石:要描述每一岩石分层的岩石名称、颗粒成分及含量、分选性、滚圆度、胶结物成分及含量、胶结方式、层理、接触类型、该层的岩石质量标志(RQD)、强度、不连续面的密度及崩解、膨胀特性等。

野外可按以下简易标志描述:

1)RQD:某一地层分层＞10cm长的岩芯之和与该分层岩芯总长度的比值(%)。

2)折断强度:从岩层中取出150mm岩芯，试着用手将其折断。折断强度可用下列标准予以估计:高的——手折不断，中等的——很少折断，低的——经常折断。

3)不连续面密度:以每分层中每米节理或不连续面的数量分级。

高的:＞10，结构面极发育，岩体破碎;

较高的:2～10，结构面发育，岩体破裂;

中等的:0.5～2，结构面较发育，岩体呈块状;

低的:＜0.5，结构面不发育，岩体完整。

4)崩解性:将有代表性的风干的长25cm的岩芯放入水中10min，据以下标准评价确定。

高的:完全崩解;中等的:有些崩解;低的:很少或没有崩解。

(4)取样方法:根据煤层和岩石物理力学性质试验的要求，对岩(土)层分层依次采取尺寸和数量均符合实验要求的完整试样，经包装、蜡封后运往实验室，如果是土样、湿度敏感性较大的岩石均应在取芯后立即取样，以保持湿度和不被风化。

(5)每个钻孔应进行物探工作。

(6)钻孔编录的综合成果必须反映在钻孔工程地质柱状图上，该图应包括下述项目:地层岩性、柱状、RQD、折断强度、不连续面密度、崩解性质、综合评价等。这一图件对评价地层的冒落特性，查明潜在的地层控制问题，估计平均支护载荷密度都是非常有用的。

1)节理和不连续面的密度和方向，它们之间的接触关系及充填情况。利用这一资料可评价顶、底板岩层变形性质及分析残余构造应力的方向。

2)直接顶板地层的厚度和力学特性。这些性质会大大影响工作面后方地层的冒落性、变形特征、工作面支护载荷、顶底板移近、煤巷支护及岩层移动。

3)详细调查岩芯丢失的层段，以查明软弱岩层。

4)黏土岩和砂岩位置及厚度的变化，由此可查出古河床或河漫滩的标志，预计可能出现的地层控制问题。

5)每一地层单位的RQD、强度、崩解性、各岩层间出现离层的可能性。据此可确定平均支护密度及煤巷支护。

3.1.3.2 专门工程地质工作

下面讨论更为详细的工程地质资料的获得方法。这些资料包括节理和不连续面的性质、原岩应力状态、岩土层的强度指标、崩解性、岩体变形性质等。

(1)节理和不连续面的密度、间距、形状和延伸等，这些可在岩石露头上进行节理裂隙统计得到;也可通过岩心直接测绘，如此需考虑使用双管钻进，取得定向岩芯;还可使用物探技术或钻孔电视于孔内直接测得节理裂隙图像。

(2)可在邻近矿井中使用应力解除法，或在钻孔中通过水力破裂法测定原岩应力状态。水力破裂法适应于较深处的应力测量，且只能得到水平面上的两个应力的大小和方向，垂直方向的应力则需按深度和上覆岩层的容重计算得到。以上测量必须在定性分析的基础上，认为该区有构造应力存在时才进行，否则即按自重应力场计算原岩应力。

(3)实验室测定的岩(煤)块强度变形指标有变形模量、泊松比、单轴抗压强度、单轴抗拉强度、岩块和节理面的粘聚力与内摩擦角值。这些参数应尽量在较大直径的岩样上测定，以便更接近岩体指标。

在进行岩移预计或留设防水煤柱时，尚需得到松散层的变形和强度指标，它们是土的压缩系数、无侧限变形模量、泊松比、粘聚力和内摩擦角、无侧限抗压强度，黏土的抗拉强度、固结系数、先期固结压力，还要得到其他常规的物理性质指标，如含水量、黏土的塑限及液限、砂土的相对密度、颗粒成分等。

(4)水理性质:在水或湿气作用下，顶、底板岩石的恶化对地层控制是极其不利的。岩石的水理性质可由膨胀和崩解指标表示，决定这一性质的内因是它所含黏土矿物的性质及含量，如含蒙脱石的黏土类岩石最易崩解和膨胀，因此还必须进行岩石的矿物成分分析。

(5)岩体的变形性质:在钻孔内设置钻孔膨胀仪以测量直接顶、底板横向变形性质，通过声波测井可得到垂直层理方向的岩体变形性质。

3.1.3.3 水文地质调查

包括松散层含水层中的地下水和基岩含水层中的地下水的调查。这些调查应提供以下信息:(1)地下开挖时潮湿的区域;(2)开挖区地下水量的预计;(3)采矿引起的地面及岩层移动对地表和地下水变化的影响。为此，必须进行野外钻孔抽水、注水试验，以查明地下水水位、水流方向，岩层的渗透性，各主要含水层间的水力联系等。

3.1.3.4 图件的编制

工程地质工作的成果应反映在以下图件上，可便于开采设计和生产使用:

(1)工程地质柱状图。在综合钻孔编录及专门工程地质工作的基础上编制，并需将各岩层划分为工程地质岩组(指工程地质性质相近的岩层的组合)。它包括以下内容:地层单位、深度、厚度，各岩组岩性描述，岩石(体)的变形指标、强度指标、膨胀崩解特性，节理裂隙的密度和方向，可能离层的部位和岩层的渗透系数等。

(2)工程地质剖面图。着重反映沿勘探线工程地质条件的变化，包括工程地质岩组、风化带界线、各岩组主要物理力学性质、地下水位、岩层渗透性等内容。

(3)工程地质问题平面预测图。根据顶、底板岩性岩相、岩石物理力学指标、岩体变形性质，节理、裂隙、断层的产状和密度，地下水活动情况，瓦斯集中的可能性等，对顶、底板岩层进行稳定性评价，预测可能出现的地层控制问题，为选择采煤设备和顶、底板管理方法提供依据。