深部煤层稳定性与煤岩体力学性质的研究——以淮南煤田潘一井田为例

摘要

煤矿开采由浅部向深部延伸，必然面对深部的高地温、高地压、高水压及高瓦斯压力等一系列开采问题。煤层做为以有机组分为主的特殊沉积岩层，由浅部进入深部，由于围压、温度改变，必然表现出与浅部不同的特性。本文主要研究煤层厚度稳定性、煤体结构及煤岩力学性质在深部与浅部的差异。淮南煤田潘一井田位于淮南复向斜潘集背斜南翼及东倾伏转折端。13-1煤由-300m标高向深部延伸，是本区的主采煤层，厚度稳定，在全区内均可采。所以本文选择潘一井田13-1煤层做为研究对象，
　　 论文根据所收集的226个钻孔数据，统计煤层厚度变异系数，分析煤层厚度变化规律。利用142个钻孔测井曲线判识构造煤的发育情况，探讨其分布特征。间接测试了13组煤岩样品的抗压强度，结合所收集的顶、底板岩石力学参数资料，分析煤与顶底板岩层力学性质在深、浅部的变化规律。主要取得以下几点认识：
　　 1)通过对13-1煤层厚度变异系数与深度的相关分析，揭示煤层厚度稳定性与深度有一定的联系，即随着深度加深，煤层厚度稳定性趋于稳定。
　　 2)潘一井田13-1煤层内构造煤都较发育。多数钻孔的13-1煤层内夹有1～2层构造煤分层，且多发育在煤层的顶部和底部。约有70％的钻孔中13-1煤构造煤分层的累计厚度占煤层总厚度的30％以上。按构造煤发育特征，潘一井田全区13-1煤层都具有煤与瓦斯突出危险性。已有资料没有显示构造煤的发育与深度有关。但是依据构造煤发育状况有可能推测小构造。在潘一井田中部F4断层东侧及井田东部背斜转折端的部位，构造煤较为发育，预示该两部位的构造很可能比现有煤层底板等高线图所表示的更为复杂。
　　 3)通过煤岩的坚固性系数测试，推算13-1煤的抗压强度在-480m标高为8.6MPa，在-850m标高为4.6MPa，线性相关曲线的斜率为-0.0099；而顶底板岩层的抗压强度随深度变化的斜率为-0.0424，显示随深度加深，煤和岩石的力学性质虽然都由刚性转向柔性，但是岩石的转变快于煤。因此，往深部煤与岩石的力学性质有相互接近的趋势。由此预测深部构造变形对煤层厚度的影响比浅部要小，深部煤层厚度主要取决于原生的沉积因素。