对煤系地层岩石性质的探讨

-精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 1 对煤系地层岩石性质的探讨 摘要：煤层总是产于一特定的岩 石组合中。地质学家将这种组合的岩石， 叫煤系地层。煤系地层除产有煤外，常 常还含有许多共生、伴生矿产。这些矿 产对国民经济同样具有重要意义。本文 结合作者工作内容就煤系地层岩石性质 进行简要论述。 中国论文网 /2/view-12897660.htm 关键词：煤系地层；岩石；性质 Abstract: coal seam in a specific rock is always in combination. Geologists will this combination of rock, that of coal formation. In addition to production of coal formation are coal outside, often also contain many symbiosis and associated -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 2 mineral. These mineral to the national economy also has an important significance. On the basis of the working content of coal formation is rock properties briefly discussed. Keywords: coal formation; Rock; properties 中图分类号： P58 文献标识码： A 文章编号： 煤系地层是一个地层学概念。是 指含煤层的地层。其特征包括岩石组成、 含煤层数、煤层厚度、煤质、煤类等。 煤系地层多夹软弱岩层，其工程地质条 件通常较差。 要形成可供开采的煤层，一般需 要三个条件，这就是：一是气候要潮湿， 有利于植物的生长；二是有利的古地理 条件，即在大型的沉积盆地的边缘，这 样植物的遗体死亡后被水淹埋而不至于 很快腐烂分解；三是有利的地球动力条 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 3 件，要求地壳运动不能强烈，使有较长 的时间保持有利的成煤矿环境。以上的 条件， 、对于形成一些沉积矿产也是很 有利的。温暖潮湿的气候，有利矿物、 岩石的风化，而上述古地理条件，也是 其它沉积矿床适于沉积的区域。例如， 在地壳中分布最广，约占地壳重量 75% 的长石，经这种风化作用后，可产生高 岭石、铝土矿等矿物，这些产物被搬运 到湖边、海边沉积下来，就形成了高岭 土矿床和铝土矿床。此外，煤层中有机 质可选择性吸附一些金属元素，使这些 金属元素在煤层中富集成矿。 由于各种岩石的破坏特性不同， 因此沉积岩层中的工程结构物设计是很 复杂的。岩石的破坏不只是和原岩的变 形有关。沉积岩中含有层理面（通常本 身含有接触面或其他剪切带） 、断层、 节理和其他不连续面。这些都影响岩石， 特别是较坚硬岩石的性质。 虽然在煤系岩石中，剪切带是最 重要的地质构造，但岩石还包含其他的 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 4 构造。这些构造会在很大程度上与煤矿 地下结构物产生相互影响。这些问题很 难用一般的方法进行讨论。但考虑它们 之间的一些关系还是十分有用的。 在相对地未受干扰的煤系地层中， 大多数断层是与垂直方向呈倾斜 600700 的正断层。这一部分是由于与 煤系形成的沉积旋回有关的上翘曲和下 翘曲造成的。在发生侵蚀的地方，也可 能出现与垂直方向成 200300 的逆断 层。这两种类型的运动被地质学家分别 命名为造陆运动和造山运动。 在英国煤系地层中，东部煤田一 般未受扰动，而西部煤田特别是南威尔 斯正处于海西尼（Hercynian)造山运动 阶段。在这两种情况下，断层和所有其 他构造一般都遵循这一主要运动形式。 因此，在英国东部主要煤田中，构造是 由后石炭二叠纪运动决定的。该运动造 成了由走向北东、北西向狭窄的断裂背 斜所切割的大面积浅盆地。 断层的工程意义是变化的，在正 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 5 断层情况下，存在水沿断层面流动的可 能性。根据沿断层运动的程度，被剪切 的地层可从简单的分离变化到主要断层 剪切带并生层内剪切带。因为造成剪切 的最大主应力方向是垂直的，所以也可 能在一些正断层附近存在有高的垂直应 力和低的水平应力，它将导致巷道的破 坏。在长壁工作面开采时，因为从最经 济的角度出发，工作面总是布置成平行 于断层方向，而回采巷道总是紧靠断层 带，所以巷道的破坏将会加剧。然而正 断层最主要的在于它的存在和它对矿井 系统的影响。 在采矿工程中逆断层具有更重要 的影响，因为它们主要是由水平方向最 大应力造成的。按其性质和必须克服高 的被动垂直应力，这一水平应力必须很 大，其比值可以通过考虑在兰金被动条 件下，当 h/v=3,而=300 时的 破坏来说明，此时的岩石强度最低。值 得注意的是实际中许多高的水平-垂直 应力比是和逆断层相联系的，如果这样 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 6 高的应力比存在于一定深度条件下，那 么它们可能造成严重的工程问题。在南 威尔斯的阿贝纳特煤矿，立井矿柱中的 逆断层附近，可能有相当大的应力在井 底车场巷道施工中，在该处遇到很大的 困难。 大多数沉积岩中的节理与断层方 向大致平行，这是英国煤系地层中的情 况。节理是裂隙或者裂缝，它们和断层 不同，沿节理没有可见运动，它们的频 率比断层要大几个数量级。普赖斯指出， 这一频率与岩石的岩性、层厚和构造变 形的程度有关。 普赖斯证明前面提出的岩石中的 节理数与岩石所能贮存的应变能力与强 度/模量比，或者与其倒数常用的模量/ 强度比有关。后者对煤来说特别低 （50） ，对于页岩和泥岩在 50150 之 间，对于砂岩在 200 以上，因为砂岩层 一般比页岩和煤层厚。普赖斯提出了岩 层厚度和节理间距之间的一个近似的线 性关系，这在某种程度上解释了煤中的 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 7 节理间距要比砂岩中的小得多。 由于煤系沉积旋回层是由厚度和 岩性广泛变化的岩层的各沉积循环所组 成，所以预期的节理频度也将是广泛变 化的。 从工程角度来看，节理是很重要 的。特别是在受拉的顶板内，它们将形 成潜在的弱面，该处的岩石将会在重力 作用下松脱。由于水的流动和表面氧化 降低了稳定性，这些弱面将随着时间推 移而恶化。在通常不足以造成整体岩石 破坏的一般开采应力下，顶板稳定性和 自稳时间愈来愈取决于顶板岩块的松脱。 这种趋向一部分可以通过科学方法来研 究，而另一部分可以使用经验方法 煤中的节理称为解理面。解理面 一般平行于局部节理形式呈现出垂直于 层理面的两组解理面，这两组解理之间 基本上互成直角。主要的解理称为主解 理，它的贯通程度很高。在英国，主解 理具有“西北 ”这样一个非常固定的方向。 较小的解理也称为短而不清楚的解理或 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 8 叉解理，它们的贯通程度很差，和主解 理相比它们的方向往往是不变的。两种 解理面一般充填有次生沉积物，通常是 方解石或铁质白云石。 解理的频度依煤的品位、煤的地 质年代和煤的类型而变化。例如，在干 净、明亮、低挥发分的高品位煤中，解 理的频度可达每米 210 面。在暗的，高 有机物、低品位煤中，特别是含有暗煤 硬质粘土时，它的频度低到每米只有 15 面。 关于解理的成因，从成岩的压实、 煤化过程到构造力作用，存在各种不同 的理论。解理方向和其他构造之间存在 密切的相互关系，在此就不作详谈。就 是因为这种密切的相互关系使得解理在 采矿作业中显得非常重要，特别是现代 采矿作业。从最经济的角度出发，长壁 工作面趋向于和最大或最小断层方向平 行布置，这就意味着工作面将趋向于与 解理方向平行。长壁工作面前方的支承 压力往往足以引起剪切和拉伸而造成顶 -精选财经经济类资料- -最新财经经济资料-感谢阅读- 9 板、煤层和底板的破坏。当它与长壁工