柳江盆地内赋存石炭二叠纪、侏罗纪两个煤田,盆地成煤后经历了多个期次的岩浆侵入、喷发活动,岩浆活动对煤层及其围岩产生了改造作用,为了探究盆地内岩浆活动对石炭二叠系主力煤田煤层顶板岩石力学特征的影响,进而为煤层顶底板稳定性评价、矿井设计以及采掘设备的选型等提供岩石力学参数,为具有相同或相似地质条件的煤田提供参考.首先,从盆地内岩浆侵入模式入手分析其对煤层顶板的影响;然后,根据古火山口的大概位置,结合盆地构造特征部署勘查工程,详细开展地面地质调查、岩芯地质钻探、岩芯精细地质编录和工程地质编录;之后选择4条主干剖面上的11个钻孔,对钻孔揭露3煤层及其顶板不同岩浆岩侵入位置的岩性、相同侵入位置不同岩性的岩石进行系统的岩石力学和煤岩分层采样和测试分析;最后,对比分析、综合评价盆地内岩浆岩侵入对煤层及其顶板岩石力学的影响,并根据评价结果指出矿井开采存在的工程地质问题和采掘设备选型应注意的问题.结果表明,盆地内侏罗纪多期岩浆的喷发、侵入对煤层顶板产生了不同程度的改造作用,形成了吞噬、侵入、复合和原生强化型以及原生型5种直接顶板岩性组合类型;3煤层的顶板岩性以闪长玢岩侵入-吞噬型为主,侵入型顶板次之、复合型及原生型顶板局部分布;岩浆侵入、烘烤、填充及挤压等综合效应强化了煤层顶板的工程地质特征,表现为密度增加,孔隙度、含水率的降低,抗压强度、抗剪强度、岩体的完整性等关键力学参数增强;根据钻孔和井巷道揭露在盆地内初步圈定了5个岩浆吞噬区,且均位于古火山口或岩浆喷出通道位置上,沿着吞噬区向外煤层顶板类型逐渐递变为侵入、复合、原生带,在平面上具有环带状分布的规律;在矿井设计中吞噬区可以作为矿井关键硐室的理想选择位置,在开采过程中吞噬区是决定矿井能否正常生产的关键因素,复合型顶板区域是顶板事故的多发区,侵入区域的顶板存在坚硬顶板长期悬顶,需要采用人工强制放顶措施,是矿井冲击地压管理的重点区域,也是盆地内矿井安全生产的关键问题;原生区域中等-易于冒落顶板;在矿井设备选型中一定要考虑岩浆侵入对煤及其顶板岩石力学特征的强化作用,为了保证矿井正常开采,在工作面回采前需要对工作面内火成岩夹矸、吞噬体及其改造后的坚硬煤体进行有效的探查和超前预处理.
岩石力学特征 顶板稳定性评价 柳江盆地 岩浆活动 石炭二叠纪煤田 岩芯测试