朱同祥，刘玉春，贾广兴

桦甸市丰泰油页岩公司，吉林 桦甸 132400



桦甸矿区油页岩地层工程地质条件分析

朱同祥，刘玉春，贾广兴

桦甸市丰泰油页岩公司，吉林 桦甸 132400

吉林桦甸矿区为我国东北地区重要能源基地之一。为满足矿区大规模开发需要，本文在前期工作基础上，对矿区油页岩矿层及围岩的力学性质进行了综合分析，对矿区地层工程地质条件进行了评价，研究成果可为软岩矿区井巷支护提供参考。

桦甸矿区；工程地质；分析

0 引言

吉林省桦甸矿区油页岩地层岩性软弱，随着采掘工作逐步向深部延伸，井巷施工支护难度越来越大。为了查明矿区岩石工程地质条件，以便为井巷支护提供技术支持，矿区内各施工单位均做了大量基础工作，测试了各自井田范围内岩石的物理力学性质，基本查明了矿体及围岩的岩性组合、岩体结构和岩体质量。本文在前期工作的基础上，对各单位资料进行了系统汇总和分析，对矿区工程地质条件进行了评价，以期为整个矿区的软岩支护工作提供参考。

1 桦甸矿区概况

桦甸矿区位于吉林省桦甸市境内，地处长白山余脉，松花江上游。矿区为一东西向展布的半地堑盆地，东西长约15 km，南北宽约4 km，面积约40 km2，盆地内沉积新生界古近系含煤、油页岩、石油及天然气地层（见图1）。其中油页岩资源含油率高（一般为8%～13%），灰分产率低（52.97%～62.10%），在工业上属低灰分、高含油率油页岩类型，具有重要的开发利用价值。目前，桦甸矿区已建设成为国家油页岩综合利用示范基地，为我国东北地区重要能源基地之一。矿区内现有6对油页岩矿井和3对煤矿生产，生产能力450万吨/年。

2 矿区地层沉积概况

桦甸盆地形成于新生代古近纪始新世，是在中生代基础上发育而成的断陷式半地堑盆地，沉积桦甸组地层。该组地层分为三段，分别为下部含黄铁矿段、中部含油页岩段和上部含煤段。

该段地层位于桦甸组下部，与下部白垩系黑崴子组成角度不整合接触。下部为深灰色、黑色泥岩夹薄层炭质页岩和薄层硫化铁矿；中部以灰绿色粉砂岩为主，泥质胶结，间夹紫红色薄层泥岩和薄层白色石膏；上部为灰绿色泥岩、粉砂岩，中间夹有紫红色泥岩。地层平均厚度280 m

图 1 吉林省桦甸盆地地质构造图Fig.1 Geological structure map of Huadian Basin in Jilin Province

该段地层位于桦甸组中部，是指含黄铁矿段以上至第一层油页岩顶板页岩之间的地段，该段地层由灰黑色至黑色致密状泥岩、油页岩及灰色砂岩组成，赋存油页岩26层，其中具有工业价值的油页岩134层。地层平均厚度245 m。

该段地层位于桦甸组上部，下至第一层油页岩顶板以上的地层，上至第四系地层，与第四系为不整合接触。上部岩性以粉砂岩、细砂岩、砂岩为主，中夹泥岩、炭质页岩，含有2～3层薄煤层，最厚0.6 m；中部以灰黑色和黑色泥岩为主，夹少量页岩、粉砂岩和薄层炭质页岩；下部主要岩性为灰色至灰黑色页岩、粉砂岩和灰色细砂岩，夹少量粗砂岩，沉积薄煤层18层，其中具有工业价值的煤层4层。该段地层平均厚度290 m。

3 矿区岩石工程地质条件分析

3.1 矿区地层岩性特征

桦甸矿区油页岩矿层赋存于桦甸组中部含油页岩段，该段共沉积油页岩26层，其中有工业价值的13层，可利用油页岩平均总厚度24.13 m。油页岩矿层及围岩层理发育，岩性普遍胶结差，松散、破碎。顶底板岩性主要为砂岩、粉砂岩和泥岩。砂岩，灰-灰白色，主要矿物成分以石英、云母为主，长石次之，泥质和钙质胶结，块状构造，多为中至细粒结构。

粉砂岩，灰-灰黑色，粉砂质结构，块状构造，参差状断口，主要矿物成分以石英长石为主，其次为泥质成分。

泥岩，深灰色-灰黑色，部分灰绿色，泥质结构，页理构造，断口平坦，主要矿物为粘土质物质。油页岩，其颜色均深于围岩，多为黄褐色-黑褐色，部分暗红色，质轻、较硬、具韧性，泥质结构，页理构造，断口平坦，具油腻感。

3.2 矿区地层岩石力学性质

受原始沉积环境和后期构造变化及风化程度等多种因素影响，桦甸矿区油页岩矿层及其围岩抗压及抗拉强度极低，大部分岩石遇水软化崩解。

桦甸矿区沉积地层主要由泥岩、砂岩和油页岩组成，泥岩组和砂岩组岩石物理力学性质测试数据如下：

泥岩组：单轴抗压强度天然状态3.35～29.21 MPa，平均10.96 MPa；饱和状态为1.23～15.55 MPa，平均7.9 MPa；抗拉强度0.5～2.4 MPa，平均0.99 MPa；抗剪强度：C值1.2～2.3 MPa，平均1.6 MPa；φ值36.1º～49.4º，平均40.39º；相对密度2.55～2.90 g/cm3，平均2.65 g/cm3； 耐崩解性指数0.0～98.4，平均5.63。

砂岩组：单轴抗压强度天然状态10.68～50.61 MPa，平均19.68 MPa，饱和状态3.06～24.27 MPa，平均14.06 MPa；抗拉强度0.4～3.2 MPa，平均1.29 MPa；抗剪强度：C值0.45～3.93 MPa，平均2.08 MPa；φ值35.2º～50.4º，平均40.16º；相对密度2.57～2.71 g/cm3，平均2.64 g/cm3； 耐崩解性指数0.0～99.8，平均23.57。

3.3 主采矿层及围岩力学性质

桦甸矿区油页岩地层共赋存13层有工业价值的油页岩矿层，其中第4、5、6层油页岩厚度在1.50 m以上、含油率在8%以上，为目前矿区主要开采矿层，各矿井研究重点也大多集中在上述3个主采矿层。桦甸矿区主采油页岩矿层及围岩岩石物理力学性质测试数据见下表1。

表 1 桦甸矿区主采油页岩矿层及围岩物理力学性质一览表Table 1 Physical and mechanical properties list of main oil shale seam and surrounding rock of Huadian mining area

3.4 矿区工程地质条件评价

通过对桦甸矿区油页岩矿层及围岩岩性和岩石物理力学性质分析，总体认为：

（1）矿区主要开采矿层单轴抗压强度17.10～22.85 MPa，平均值19.10 MPa，均低于国际岩石力学会岩石分类标准中软岩（抗压强度小于25 MPa）界定标准，属于软弱矿层。

（2）矿区油页岩矿层顶底板岩层为泥岩和砂岩，经测试泥岩组天然状态单轴抗压强度为3.35～29.21 MPa，平均值10.96 MPa，砂岩组天然状态单轴抗压强度为10.68～50.61 MPa，平均值19.68 MPa，均属软弱岩层。

（3）矿区地层围岩耐崩解性指数泥岩组岩为0.0～98.4，平均5.63；砂岩组为0.0～99.8，平均23.57；岩石耐崩解性指数差异较大，说明岩石遇水相互作用时粘结力差异大，岩层稳定性差。

综合评价，桦甸矿区油页岩矿层及围岩均为软弱岩层，岩层稳定性差，易发生坍塌、掉块、冒落、片帮、滑坡及底板鼓起等不良工程地质问题，给矿井开采顶板管理及井巷维护造成不利影响，其工程地质条件为复杂类型。

4 结语

桦甸盆地形成于新生代古近纪始新世，沉积桦甸组油页岩地层。受沉积环境和后期构造变化等因素影响，矿层及围岩岩性软弱，岩层稳定性差，易发生不良工程地质问题，工程地质条件为复杂类型。随着采掘工作向深部延伸，井巷支护难度将越来越大，施工单位需要根据矿层及围岩力学性质参数，结合现场实际，选择合理的支护方式和参数来保证支护效果。

［1］ 刘招君，杨虎林，等.全国油页岩资源评价［M］.北京：中国大地出版社，2010.

［2］ 吴兴涛，马骏驰，等.吉林省桦甸市公郎头区丰泰油页岩矿资源储量核实报告［R］.2011.

［3］ 闵延党，徐 阳，等.吉林省桦甸市油页岩矿田大城子深部区详查报告［R］.2011.

Analysis of engineering geological conditions of oil shale formation in Huadian mining area

ZHU Tong-xiang， LIU Yu-chun， JIA Guang-xing
Fengtai Oil Shale Corporation of Huadian City， Huadian 132400， Jilin， China

Jilin Huadian mining area is one of the important energy bases in Northeast China. In order to meet the needs of large-scale development of mining area， this paper， based on the preliminary work， comprehensively analyses the mechanical properties of oil shale seam and surrounding rock， and evaluates the engineering geological conditions of stratum. The research results can provide reference for roadway support in soft rock mining area.

Huadian mining area； engineering geology； analysis

P618.12

B

1001—2427（2015）03 - 123 -3

2014-12-05；

2015-09-17

朱同祥（1962—），男，山东高密人，桦甸市丰泰油页岩公司工程师.