摘要：煤層總是產(chǎn)于一特定的巖石組合中。地質(zhì)學(xué)家將這種組合的巖石，叫煤系地層。煤系地層除產(chǎn)有煤外，常常還含有許多共生、伴生礦產(chǎn)。這些礦產(chǎn)對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)同樣具有重要意義。本文結(jié)合作者工作內(nèi)容就煤系地層巖石性質(zhì)進(jìn)行簡(jiǎn)要論述。

　　關(guān)鍵詞：煤系地層;巖石;性質(zhì)

　　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 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

　　中圖分類號(hào)： P58 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：

　　煤系地層是一個(gè)地層學(xué)概念。是指含煤層的地層。其特征包括巖石組成、含煤層數(shù)、煤層厚度、煤質(zhì)、煤類等。煤系地層多夾軟弱巖層，其工程地質(zhì)條件通常較差。

　　要形成可供開(kāi)采的煤層，一般需要三個(gè)條件，這就是：一是氣候要潮濕，有利于植物的生長(zhǎng);二是有利的古地理?xiàng)l件，即在大型的沉積盆地的邊緣，這樣植物的遺體死亡后被水淹埋而不至于很快腐爛分解;三是有利的地球動(dòng)力條件，要求地殼運(yùn)動(dòng)不能強(qiáng)烈，使有較長(zhǎng)的時(shí)間保持有利的成煤礦環(huán)境。以上的條件，、對(duì)于形成一些沉積礦產(chǎn)也是很有利的。溫暖潮濕的氣候，有利礦物、巖石的風(fēng)化，而上述古地理?xiàng)l件，也是其它沉積礦床適于沉積的區(qū)域。例如，在地殼中分布最廣，約占地殼重量75%的長(zhǎng)石，經(jīng)這種風(fēng)化作用后，可產(chǎn)生高嶺石、鋁土礦等礦物，這些產(chǎn)物被搬運(yùn)到湖邊、海邊沉積下來(lái)，就形成了高嶺土礦床和鋁土礦床。此外，煤層中有機(jī)質(zhì)可選擇性吸附一些金屬元素，使這些金屬元素在煤層中富集成礦。

　　由于各種巖石的破壞特性不同，因此沉積巖層中的工程結(jié)構(gòu)物設(shè)計(jì)是很復(fù)雜的。巖石的破壞不只是和原巖的變形有關(guān)。沉積巖中含有層理面(通常本身含有接觸面或其他剪切帶)、斷層、節(jié)理和其他不連續(xù)面。這些都影響巖石，特別是較堅(jiān)硬巖石的性質(zhì)。

　　雖然在煤系巖石中，剪切帶是最重要的地質(zhì)構(gòu)造，但巖石還包含其他的構(gòu)造。這些構(gòu)造會(huì)在很大程度上與煤礦地下結(jié)構(gòu)物產(chǎn)生相互影響。這些問(wèn)題很難用一般的方法進(jìn)行討論。但考慮它們之間的一些關(guān)系還是十分有用的。

　　在相對(duì)地未受干擾的煤系地層中，大多數(shù)斷層是與垂直方向呈傾斜600～700的正斷層。這一部分是由于與煤系形成的沉積旋回有關(guān)的上翹曲和下翹曲造成的。在發(fā)生侵蝕的地方，也可能出現(xiàn)與垂直方向成200～300的逆斷層。這兩種類型的運(yùn)動(dòng)被地質(zhì)學(xué)家分別命名為造陸運(yùn)動(dòng)和造山運(yùn)動(dòng)。

　　在英國(guó)煤系地層中，東部煤田一般未受擾動(dòng)，而西部煤田特別是南威爾斯正處于海西尼(Hercynian)造山運(yùn)動(dòng)階段。在這兩種情況下，斷層和所有其他構(gòu)造一般都遵循這一主要運(yùn)動(dòng)形式。因此，在英國(guó)東部主要煤田中，構(gòu)造是由后石炭二疊紀(jì)運(yùn)動(dòng)決定的。該運(yùn)動(dòng)造成了由走向北東、北西向狹窄的斷裂背斜所切割的大面積淺盆地。

　　斷層的工程意義是變化的，在正斷層情況下，存在水沿?cái)鄬用媪鲃?dòng)的可能性。根據(jù)沿?cái)鄬舆\(yùn)動(dòng)的程度，被剪切的地層可從簡(jiǎn)單的分離變化到主要斷層剪切帶并生層內(nèi)剪切帶。因?yàn)樵斐杉羟械淖畲笾鲬?yīng)力方向是垂直的，所以也可能在一些正斷層附近存在有高的垂直應(yīng)力和低的水平應(yīng)力，它將導(dǎo)致巷道的破壞。在長(zhǎng)壁工作面開(kāi)采時(shí)，因?yàn)閺淖罱?jīng)濟(jì)的角度出發(fā)，工作面總是布置成平行于斷層方向，而回采巷道總是緊靠斷層帶，所以巷道的破壞將會(huì)加劇。然而正斷層最主要的在于它的存在和它對(duì)礦井系統(tǒng)的影響。

　　在采礦工程中逆斷層具有更重要的影響，因?yàn)樗鼈冎饕怯伤椒较蜃畲髴?yīng)力造成的。按其性質(zhì)和必須克服高的被動(dòng)垂直應(yīng)力，這一水平應(yīng)力必須很大，其比值可以通過(guò)考慮在蘭金被動(dòng)條件下，當(dāng)бh/бv=3,而ø=300時(shí)的破壞來(lái)說(shuō)明，此時(shí)的巖石強(qiáng)度最低。值得注意的是實(shí)際中許多高的水平-垂直應(yīng)力比是和逆斷層相聯(lián)系的，如果這樣高的應(yīng)力比存在于一定深度條件下，那么它們可能造成嚴(yán)重的工程問(wèn)題。在南威爾斯的阿貝納特煤礦，立井礦柱中的逆斷層附近，可能有相當(dāng)大的應(yīng)力在井底車場(chǎng)巷道施工中，在該處遇到很大的困難。

　　大多數(shù)沉積巖中的節(jié)理與斷層方向大致平行，這是英國(guó)煤系地層中的情況。節(jié)理是裂隙或者裂縫，它們和斷層不同，沿節(jié)理沒(méi)有可見(jiàn)運(yùn)動(dòng)，它們的頻率比斷層要大幾個(gè)數(shù)量級(jí)。普賴斯指出，這一頻率與巖石的巖性、層厚和構(gòu)造變形的程度有關(guān)。

　　普賴斯證明前面提出的巖石中的節(jié)理數(shù)與巖石所能貯存的應(yīng)變能力與強(qiáng)度/模量比，或者與其倒數(shù)常用的模量/強(qiáng)度比有關(guān)。后者對(duì)煤來(lái)說(shuō)特別低(<50)，對(duì)于頁(yè)巖和泥巖在50～150之間，對(duì)于砂巖在200以上，因?yàn)樯皫r層一般比頁(yè)巖和煤層厚。普賴斯提出了巖層厚度和節(jié)理間距之間的一個(gè)近似的線性關(guān)系，這在某種程度上解釋了煤中的節(jié)理間距要比砂巖中的小得多。

　　由于煤系沉積旋回層是由厚度和巖性廣泛變化的巖層的各沉積循環(huán)所組成，所以預(yù)期的節(jié)理頻度也將是廣泛變化的。

　　從工程角度來(lái)看，節(jié)理是很重要的。特別是在受拉的頂板內(nèi)，它們將形成潛在的弱面，該處的巖石將會(huì)在重力作用下松脫。由于水的流動(dòng)和表面氧化降低了穩(wěn)定性，這些弱面將隨著時(shí)間推移而惡化。在通常不足以造成整體巖石破壞的一般開(kāi)采應(yīng)力下，頂板穩(wěn)定性和自穩(wěn)時(shí)間愈來(lái)愈取決于頂板巖塊的松脫。這種趨向一部分可以通過(guò)科學(xué)方法來(lái)研究，而另一部分可以使用經(jīng)驗(yàn)方法

　　煤中的節(jié)理稱為解理面。解理面一般平行于局部節(jié)理形式呈現(xiàn)出垂直于層理面的兩組解理面，這兩組解理之間基本上互成直角。主要的解理稱為主解理，它的貫通程度很高。在英國(guó)，主解理具有“西北”這樣一個(gè)非常固定的方向。較小的解理也稱為短而不清楚的解理或叉解理，它們的貫通程度很差，和主解理相比它們的方向往往是不變的。兩種解理面一般充填有次生沉積物，通常是方解石或鐵質(zhì)白云石。

　　解理的頻度依煤的品位、煤的地質(zhì)年代和煤的類型而變化。例如，在干凈、明亮、低揮發(fā)分的高品位煤中，解理的頻度可達(dá)每米210面。在暗的，高有機(jī)物、低品位煤中，特別是含有暗煤硬質(zhì)粘土?xí)r，它的頻度低到每米只有15面。

　　關(guān)于解理的成因，從成巖的壓實(shí)、煤化過(guò)程到構(gòu)造力作用，存在各種不同的理論。解理方向和其他構(gòu)造之間存在密切的相互關(guān)系，在此就不作詳談。就是因?yàn)檫@種密切的相互關(guān)系使得解理在采礦作業(yè)中顯得非常重要，特別是現(xiàn)代采礦作業(yè)。從最經(jīng)濟(jì)的角度出發(fā)，長(zhǎng)壁工作面趨向于和最大或最小斷層方向平行布置，這就意味著工作面將趨向于與解理方向平行。長(zhǎng)壁工作面前方的支承壓力往往足以引起剪切和拉伸而造成頂板、煤層和底板的破壞。當(dāng)它與長(zhǎng)壁工作面相交的角度很小時(shí)將造成附加解理，由此而造成的工作面和頂板的片幫冒落是確定工作面穩(wěn)定的一個(gè)主要因素。

　　結(jié)語(yǔ)：

　　就上述所言，我們不難而知控制煤系巖石變形和破環(huán)因素是十分重要的，我們不能滿足于手里所掌握的資料，而要在煤礦開(kāi)采的實(shí)際應(yīng)力條件下，應(yīng)該說(shuō)變形特征的定性描述比強(qiáng)度的定量描述更有價(jià)值。