深部土-煤系古风化岩接触带工程地质研究

我国东部石炭二叠纪煤系地层古风化壳之上多覆盖300-700m厚的新生界土层，深部土-煤系古风化岩接触带是由高压态土体、高压水和软弱破碎风化岩体组成的、具有整体不良工程地质性质的地质体；在近该带下煤层开采时，处于不同开采空间部位上的深部土-煤系风化岩接触带，会产生高压加载或卸载变形破坏、高渗压场变化过程；易发生采场顶板矿压突变剧增、突泥溃砂、突水等重大安全事故；开展深部土-煤系古风化岩接触带地质结构组成、基本工程地质性质测试、接触带类型工程地质划分等研究；在此基础上，针对不同土-岩接触带类型，进行高应力、高渗压、水化学作用影响下水-土-岩相互作用加卸载力学性、渗透性实验，并用CT成像技术探测土-岩接触带细观结构变化，建立非线性水-土-岩相互作用蠕变损伤本构模型等；为一具有重大工程应用价值取向的水-土-岩相互作用基础理论研究课题，意义重大。

我国东部煤田煤系地层古风化壳之上多覆盖300-700m厚的新生界土层，深部土-煤系古风化岩接触带附近是由高压态水、土、软弱破碎风化岩体组成的、具有整体不良工程地质性质的地质体；在接近该带下煤层开采时，采场矿压突增压架、突泥溃砂、突水等重大安全事故时有发生，过程机理还不甚清楚。项目以淮南潘谢矿区为例，基于现场大量钻孔勘探、数字测井、露头测绘及室内土-岩样工程地质性质测试研究分析，以土-岩接触面上10m（土层段）、下5m（岩石段）的土岩组成成份，首次提出将深部土-岩接触带划分为"砂土-泥岩、砂土-砂岩、粘土-泥岩、粘土-砂岩”四种类型；针对不同深部土-岩接触带类型，首次制作模拟深部土-岩接触带直剪、三轴试验样，进行高应力下水-土-岩相互作用直剪、三轴加卸载力学性试验，并进行了中、细观结构变化研究；对接近不同接触带类型下煤层开采深部土-岩接触带变形破坏过程水-土-岩相互作用进行了模拟计算和理论分析，揭示了”压架突水（突砂、突泥）“等工程地质灾害形成过程机理。发现不同接触带类型下近距离煤层开采不同工程地质问题，即：”砂土-砂岩接触带类型”分布区，主要发生压架突水（突砂）；“砂土-泥岩接触带”分布区，主要发生突水（突泥）；“粘土-泥岩接触带”分布区，少数发生压架问题（基岩薄时）；”粘土-砂岩接触带”分布区，一般不会发生问题。建立了厚表土覆盖矿区”深部土-岩接触带“类型划分、压架突水（突砂、突泥）问题评价和预报系统工程地质方法。研究成果对提升我国煤矿工程地质基础研究、厚表土覆盖矿区煤层安全开采意义重大。