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孙利辉1,2,3，纪洪广2，杨本生1,3
(1.河北工程大学 矿业与测绘工程学院，河北 邯郸 056038; 2.北京科技大学 土木与资源工程学院，北京 100083; 3.河北省煤炭资源综合开发与利用协同创新中心，河北 邯郸 056038)
摘 要:西部矿区弱胶结岩层与中东部矿区岩层力学性能之间的差别认识不清是导致西部矿区开采过程中灾害性事故频发的根本原因。通过现场调研、理论分析、实验室实验等方法，研究了我国煤矿区弱胶结地层地域分布规律，选取新疆矿区大井南一井和苇子沟矿、鄂尔多斯矿区的营盘壕矿、大海则矿、陶忽图矿、高头窑矿等6对典型矿井岩石物理力学数据，分析了密度、孔隙率、含水率、弹性模量、抗压强度、抗拉强度、黏聚力、内摩擦角、泊松比等参数随埋深变化规律。现场采集了红庆河煤矿的砂质泥岩进行了崩解实验。研究结果表明:弱胶结地层主要分布在我国的新疆地区、鄂尔多斯盆地矿区、蒙东矿区，岩石成岩不充分，岩石强度普遍偏低，具有明显的松、散、弱的特性;西部矿区岩性主要为砂岩、砂质泥岩及泥岩，胶结物大多为泥质;岩石密度与埋深呈正相关，随埋深增加呈线性递增，岩石孔隙率、含水率与埋深呈负相关;岩石的弹性模量、抗压强度、抗拉强度、黏聚力随埋深增加具有一定的线性递增关系;岩石的泊松比、内摩擦角与埋深无明显的相关性;实验发现弱胶结岩石遇水后具有强烈的崩解性，循环次数越多，崩解后的粒径越小越均匀，弱胶结岩石的强崩解性是导致西部矿区采场导水裂隙带高度增大的主要因素;弱胶结岩石强度普遍低于中东部同类岩石强度;建立岩石物理力学性能集合可进一步明确中西部岩石间差别。
关键词:西部矿区;保水采煤;弱胶结岩石;物理力学性能;煤系地层
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孙利辉，纪洪广，杨本生.西部典型矿区弱胶结地层岩石的物理力学性能特征[J].煤炭学报,2019,44(3):865-873.doi:10.13225/j.cnki.jccs.2018.6039
SUN Lihui,JI Hongguang,YANG Bensheng.Physical and mechanical characteristic of rocks with weakly cemented strata in Western representative mining area[J].Journal of China Coal Society,2019,44(3):865-873.doi:10.13225/j.cnki.jccs.2018.6039
中图分类号:TD313
文献标志码:A
文章编号:0253-9993(2019)03-0865-09
收稿日期:2018
1129
修回日期:20181229
责任编辑:常明然
基金项目:国家重点研发计划资助项目(2016YFC0600801);国家自然科学基金重点资助项目(51534002);国家自然科学基金面上资助项目(51874113)
作者简介:孙利辉(1978—)，男，辽宁清原人，副教授，博士。E-mail:slh2002789@sina.com
通讯作者:纪洪广(1963—)，男，山东青州人，教授，博士生导师，博士。E-mail:jihongguang@ces.ustb.edu.cn
SUN Lihui1,2,3,JI Hongguang2,YANG Bensheng1,3
(1.College of Mining and Geomatics Engineering,Hebei University of Engineering,Handan 056038,China; 2.School of Civil and Resource Engineering,University of Science and Technology Beijing,Beijing 100083,China; 3.Collaborative Innovation Center of the Comprehensive Development and Utilization of Coal Resource,Hebei Province,Handan 056038,China)
Abstract:It is not clear that the difference of mechanical properties between the weakly cemented strata in the Western mining area and the strata in the Middle Eastern mining area.Therefore,this is the fundamental cause of the frequent occurrence of disastrous accidents in the mining process of the western mining area.The distribution of weakly cemented strata was studied on the coal mine area in China.The weakly cemented rock physical and mechanical data of six typical mines of Xinjiang and Ordos mining area were chosen.Also,the parameters of density,porosity,moisture content,elastic modulus,compressive strength,tensile strength,cohesion,internal friction angle,Poisson ratio with depth variation regularity were analyzed.The results show that the weakly cemented strata are mainly distributed in Xinjiang region,Ordos basin and Eastern Mongolia mining area in China.The degree of rock formation was not sufficient,thus the rock strength was generally low.In Western mining area,the lithology mainly included sandstone,sandy mudstone and mudstone.The rock density and depth was positively correlated,and the rock density was positively linearly increased with the increasing depth.The porosity and moisture content were negatively correlated with the increasing depth.The elastic modulus,compressive strength,tensile strength and cohesion had a certain linear increasing correlation with the increasing depth.In addition,Poisson ratio,internal friction angle had not obvious correlation with the increasing depth.The strong disintegration of weakly consolidated rock is the main factor that causes the height of water-conducting fracture zone to increase.The strength of weakly cemented rocks in Western mining area was lower than that of the same type rock in Middle Eastern mining area.It could further clarify the difference between rocks in the Western mining area and in the Eastern mining area with the establishment of the set of rock physical and mechanical properties.
Key words:Western mining area;water-preserved coal mining;weakly cemented rock;properties of physical and mechanical;coal-bearing strata
近年来，随着我国西部大开发和煤炭行业上一轮“黄金十年”的快速发展，在我国西部陆续建成并投产了一批开采侏罗系和白垩系煤层的矿井，而侏罗系和白垩系地层岩石物理力学性能与我国中东部石炭二叠系地层具有一定的差别，主要表现为强度低、易崩解、遇水泥化、胶结性差等特点，被称之为弱胶结地层。岩层的赋存条件、岩石物理力学性能是矿区规划、矿井设计、矿压活动规律及其矿压控制等矿山开采活动研究中必须掌握的基础数据，如果认识不清，则容易造成开采布局不合理、工作面异常来压、溃水溃沙、地下水流失等问题[1-3]。同时，国家“十三五”期间将有序推进陕北、黄陇、新疆煤炭基地建设，压缩东部、中部及东北矿区产能。故开展煤系弱胶结地层岩石的物理力学性能研究，对进一步认识我国西部弱胶结地层矿井异于中东部矿井矿压活动规律具有重要意义。
通过网络检索发现关于研究矿业工程领域“弱胶结岩石”主题的文献高达1 890余条，且在2015年研究达到最热，说明国内外学者在弱胶结岩石领域开展了卓有成效的研究，并取得了大批研究成果。如李化敏等[4-5]针对神东矿区3个典型矿井研究了不同沉积环境下岩石的物理力学性质。纪洪广等[6]研究了红庆河煤矿白垩系砂岩力学性质及声发射特征。汪泓[7]、赵永川等[8]研究了榆横矿区及小纪汗煤矿岩石物理力学性质及其本构关系。宋朝阳[9]、纪洪广等[10]研究了弱胶结岩石受力破坏后的微观结构特征。孙利辉等[11-12]建立了弱胶结地层采场垮落带内岩石的冒落、充填、压实、固结模型，揭示了垮落带的动态变化特征。王渭明[13-14]、ZHAO Zenghui等[15]研究了弱胶结软岩巷道弹塑性损伤机理，以及煤岩组合条件下围岩变形规律，成果应用于立井井壁支护。孟庆彬[16-18]，乔卫国[19]等研究了内蒙东部极弱胶结岩石变形破坏特征，提出了工字钢、钢筋网+混凝土衬砌的联合支护技术。李廷春等[20]研究认为拱形断面更加适合弱胶结地层巷道。综上所述，前人研究成果主要焦点是弱胶结岩石在不同应力路径下发生的变形规律、本构关系、工程稳定以及微观结构形态的研究，但对弱胶结岩石的物理力学特性总体认识尚不全面。
因此，笔者通过调研分析我国弱胶结地层分布规律，对典型矿区弱胶结地层岩石物理力学实验数据进行分析，揭示弱胶结岩石物理力学特征，以期为保水开采[21]、矿井设计、试验模拟等提供全面的基础力学参数。
通过调研和查阅文献可知[22]，我国煤矿弱胶结地层主要为成岩时间较短的侏罗系和白垩系地层，目前在我国的西部和西北矿区、蒙东和东北部分矿区开采该类地层中煤炭资源。成煤期较短的新生代和中生代煤炭资源主要分布在我国的新疆、神东、晋北、宁东、陕北、黄陇、蒙东、云贵几个主要煤炭基地，其中西部和西北矿区所占比重最大，新疆正处于开发前期阶段，其余处于开采阶段。
通过我国14个大型煤炭基地内所辖矿区及保有储量情况来看，赋存弱胶结地层的基地主要有神东基地、陕北基地、黄陇基地、宁东基地、蒙东基地、新疆基地，均分布在我国的西部和西北部，仅蒙东基地分布在内蒙古东北部;我国14个煤炭基地保有储量占全国煤炭保有储量的50.4%，开采弱胶结地层煤炭资源基地煤炭保有储量约占14个基地保有储量的54.09%，说明约有一半的煤炭资源赋存在弱胶结地层中。
笔者选取鄂尔多斯盆地的大海则煤矿、营盘壕煤矿、陶忽图煤矿、高头窑煤矿和新疆准东矿区大井南一井和苇子沟煤矿等6对典型矿井岩石物理力学参数进行分析。
图1为岩石密度与埋深的相关性，由图1可知，总体上岩石密度随着埋深的增加而增大，近似呈线性递增;大海则煤矿、苇子沟煤矿及高头窑煤矿岩石密度随埋深变化幅度较其他3个矿井小;岩石密度的最小值为1.86 g/cm3，为陶忽图煤矿的细砂岩，岩石埋深为28.3 m;岩石密度的最大值为2.76 g/cm3，为苇子沟煤矿的中砂岩，岩石埋深为527.3 m;岩石密度大部分分布在2.0～2.6 g/cm3，当埋深超过600 m，岩石密度均分布在2.3～2.6 g/cm3。实验数据表明受埋深增加，原岩应力增大，岩石内部孔隙受压减小使得岩石密度增加;同时岩石埋藏深度增大岩石的成岩时间相应增加，使岩石的密度也随之增大，因此岩石密度的变化规律是受力学作用和成岩时间等综合作用的结果。
图1 岩石密度与埋深的相关性
Fig.1 Relationship between density of the rock and depth
图2为岩石孔隙率与埋深的相关性，不难看出，岩石孔隙率随埋深增加呈线性递减，岩石孔隙率随埋深增加的变化率基本相等;对比3个矿井孔隙率大小发现，苇子沟煤矿岩石孔隙率较小，在1.45%～7.91%;岩石的最大孔隙率为26.12%，为大海则煤矿埋深为388 m的中粒砂岩，其次为高头窑煤矿埋深为243 m的粗砂岩，其孔隙率为25.99%;大海则煤矿岩石孔隙率在0～10%的占26.32%，孔隙率在10%～20%的占55.26%，孔隙率在20%～30%的占18.42%;高头窑煤矿岩石孔隙率在0～10%的占14.63%，孔隙率在10%～20%的占63.41%，孔隙率在20%～30%的占21.96%;苇子沟煤矿岩石孔隙率均小于10%。总体上看，泥岩、粉砂岩及砂质泥岩的孔隙率相对较小，粗砂岩、中粒砂岩、细粒砂岩的孔隙率较大。岩石孔隙率随深度的变化关系也进一步证明了岩石密度与深度的相关性。
图2 岩石孔隙率与埋深的相关性
Fig.2 Relationship between porosity of the rock and depth
图3为岩石含水率与埋深的关系，由图3可知，岩石含水率在0.33%～11.55%，大部分岩石的含水率在2%～8%;随着岩石埋深的增加含水率随之降低，并具有线性递减关系，在一定程度上与岩石的孔隙率具有类似的趋势，即岩石内部孔隙减小则含水空间相应减小;砂岩含水率基本上大于泥岩、粉砂岩的含水率。
图3 岩石含水率与埋深的关系
Fig.3 Relationship between moisture content of the rock and depth
不同矿井同类岩石的物理参数随埋深变化情况，以粉砂岩的密度参数为例说明。图4为粉砂岩密度与埋深的相关性，由图4可知，总体上粉砂岩密度随着埋深的增加而增大，近似呈线性递增;大井南和营盘壕2个矿井粉砂岩密度随采深变化幅度较其它矿井大，且大井南矿粉砂岩密度分布较分散，苇子沟矿粉砂岩密度值较集中。不同的矿区其它同类型岩石密度也表现出了同样的特征。
图4 粉砂岩密度与埋深的相关性
Fig.4 Relationship between density of the siltstone and depth
另外，不同矿井同类型岩石在含水率、孔隙率也同样表现出了随埋深增加而减小的负相关特征，这里不再敖述。
图5为岩石抗压强度随埋藏深度的变化关系，由图5可知，岩石抗压强度随埋深的增加而增大，具有一定的线性关系;岩石抗压强度在0～20 MPa的占43.7%，岩石抗压强度在20～40 MPa的占44.8%，岩石抗压强度在40～60 MPa的占9.5%，岩石抗压强度在60～100 MPa的仅占2%，岩石抗压强度大于40 MPa的仅占总数的11.5%，说明岩石抗压强度普遍较低，我国中东部中硬岩石强度大多在40～60 MPa，对比可知西部绝大部分弱胶结岩石抗压强度较中东部岩石抗压强度小。
图5 岩石抗压强度随深度变化关系
Fig.5 Relationship between compressive strength of the rock and depth
图6为岩石抗拉强度随埋藏深度的变化关系，大井南煤矿、大海则煤矿和苇子沟煤矿的岩石抗拉强度随埋深的增加呈现线性递增特征，而高头窑煤矿岩石抗拉强度随埋深的增加呈现线性递减;岩石抗拉强度在0～2 MPa的占94.8%，岩石抗拉强度在2～4 MPa的仅占5.2%，岩石抗拉强度普遍较低;砂岩抗拉强度较泥岩和粉砂岩抗拉强度高;岩石最大抗拉强度为高头窑煤矿的粗粒砂岩，强度为3.86 MPa，岩石最小抗拉强度为大井南煤矿的泥质粉砂岩，强度为0.06 MPa，最大抗拉强度是最小抗拉强度的63.3倍。
图6 岩石抗拉强度随深度变化关系
Fig.6 Relationship between tensile strength of the rock and depth
图7为岩石弹性模量随埋藏深度的变化关系，总体上岩石弹性模量随着埋深的增加而增大;岩石弹性模量在0～10 GPa的占94.8%，其余弹性模量在10～45 GPa的仅占5.2%，进一步说明岩石的强度较低，而且发现高头窑岩石的弹性模量较其他4对矿井岩石的弹性模量大;大井南煤矿岩石的弹性模量总体上最小;高头窑煤矿浅部粗砂岩弹性模量较其它岩石大，中深部砂质泥岩弹性模量较其它岩石大;而营盘壕煤矿中粒砂岩和细粒砂岩弹性模量较大，陶忽图煤矿岩石弹性模量较大的则为细粒砂岩和粉砂岩，大井南和大海则煤矿岩石弹性模量均较小。
图7 岩石弹性模量随深度变化关系
Fig.7 Relationship between elastic modulus of the rock and depth
图8为岩石黏聚力随埋藏深度的变化关系，岩石的黏聚力也表现为随着埋深的增加而增大的现象，特别是陶忽图和营盘壕煤矿岩石这种现象比较明显;岩石黏聚力在0～4 MPa的占总数的52.5%，岩石黏聚力在4～8 MPa的占总数的29.6%，岩石黏聚力在8～10 MPa的占总数的7.2%，黏聚力大于10 MPa的占总数的10.7%，可以看出岩石的黏聚力普遍较低，其中岩石的黏聚力大于8 MPa主要集中在埋深超过500 m的陶忽图和营盘壕煤矿，特别是新疆矿区的大井南、苇子沟煤矿以及处于鄂尔多斯盆地毛乌素沙漠腹地的大海则煤矿黏聚力均小于8 MPa。
图8 岩石黏聚力随深度变化关系
Fig.8 Relationship between cohesion of the rock and depth
图9为岩石内摩擦角随埋藏深度的变化关系，6对矿井岩石内摩擦角与埋深未表现出明显的相关性;但矿井之间内摩擦角具有一定的差异，大海则煤矿岩石内摩擦角均大于40°，普遍大于其他5对矿井岩石内摩擦角;大井南煤矿岩石内摩擦角大多集中在30°～40°，营盘壕煤矿岩石内摩擦角分布在20°～30°，高头窑煤矿岩石内摩擦角分布在25°～40°，苇子沟煤矿岩石内摩擦角分布在30°～40°，而陶忽图煤矿岩石内摩擦角分布相对较分散在0°～30°。
图9 岩石内摩擦角随深度变化关系
Fig.9 Relationship between internal friction angle of the rock and depth
图10为岩石泊松比随埋藏深度的变化情况，不难看出，6对矿井岩石泊松比与埋深未表现出明显的相关性;岩石泊松比分布在0.1～0.4，其中高头窑煤矿、陶忽图煤矿及营盘壕煤矿岩石泊松比分布比较分散，而大井南和大海则煤矿岩石泊松比分布则相对比较集中，在0.15～0.25。
图10 岩石泊松比随深度变化关系
Fig.10 Relationship between Poisson ratio of the rock and depth
不同矿井同一名称岩石的弹性模量、抗压强度、抗拉强度、黏聚力随埋深增加也具有一定的线性递增关系，限于文章篇幅，仅以粉砂岩的单轴抗压强度为例说明，如图11所示。粉砂岩抗压强度在0～20 MPa的占总数的12%，抗压强度在20～40 MPa的占总数的73%，抗压强度在40～60 MPa的占总数的6%，抗压强度在60～100 MPa的仅占总数的1%，抗压强度大于40 MPa的仅占总数的7%。总体上看，新疆矿区的大井南和苇子沟2个矿井的粉砂岩单轴抗压强度离散性较大，而鄂尔多斯矿区的4个矿井的单轴抗压数据相对比较集中，并具有随深度增加呈明显的线性递增特点。
图11 粉砂岩单轴抗压强度随深度变化关系
Fig.11 Relationship between compressive strength of the siltstone and depth
以红庆河煤矿采集的3号煤顶板弱胶结砂质泥岩的崩解为例，在实验室应用烧杯进行了4个循环的浸水崩解实验。浸泡前完整岩块质量为275 g。每循环岩石浸泡时间均为24 h，岩石利用自然风干，风干时间约为28 h。
第1次崩解循环:岩块浸泡初始阶段其表面的碎块立即发生剥离、脱落，浸泡15 h后，发现烧杯底部出现了部分岩石碎片，经过观察发现碎片是沿岩石裂隙碎胀后散落在烧杯下部，初步估算散落块体体积占原体积约1/4，同时观察到烧杯溶液有些许浑浊，判断为部分溶解的黏土矿物和有机物。浸泡24 h后，岩石全部发生破碎，破碎尺度不尽相同，块度较大居多。自然风干后，可将破碎后的岩石分为4个粒径等级，粒径<1.5，1.5～2.0，2.0～3.5以及>3.5 cm的碎块质量占原质量分别为10%，26%，18%，45%;另外，自然风干损失质量占原质量的1%。如图12(a)所示。
图12 不同循环阶段弱胶结岩石遇水崩解粒径分级
Fig.12 Particle size classification of weakly consolidated rock disintegrating under water in different cycle stages
第2次崩解循环:浸泡初期水溶液浑浊，并在溶液液面漂浮岩石中的有机质。24 h后，实施自然风干处理，岩石分为4个粒径等级，粒径<1.5，1.5～2.0，2.0～2.5以及2.5～3.0 cm的碎块质量分别占原质量的19%，32%，20%，26%;另外，自然风干损失质量占原质量的3%。如图12(b)所示。
第3次崩解循环:浸泡初期水溶液浑浊明显，并在溶液液面漂浮岩石中的有机物。24 h后，风干处理后，可将破碎后的岩石分为2个粒径等级，粒径<1.0，1.0～1.5 cm的碎块质量分别占原质量的59%和36%;另外，自然风干损失质量占原质量的5%。该阶段岩石破碎程度大幅度提高，粒径大于1.5 cm的岩块已经不存在，说明水对岩石的弱化作用十分强烈。如图12(c)所示。
第4次崩解循环:最后1轮崩解实验，破碎岩石自然风干后，破碎后的岩石粒径进一步减小，粒径分别在<0.5和0.5～1.0 cm。2个区间粒径的碎块质量分别为原质量的78%和15%;另外，自然风干损失质量占原试块质量的7%。如图12(d)所示。
实验表明，弱胶结砂质泥岩随着崩解循环次数的增加，岩石破碎的粒径逐渐减小，岩石受水的作用崩解程度越大，与文献[11]的实验结果类似，进一步佐证了弱胶结岩石的易崩解特性。如果进一步实施崩解循环实验，若干次循环后岩石颗粒可均化到很小的粒径，弱胶结岩石的碎胀系数将会很小，由此可导致弱胶结地层采场垮落带、裂隙带高度均会大于中东部相同开采条件的采场。导水裂隙带高度的增大，将增加对地下水的破坏，该类地层的特殊物理力学性质增大了保水开采的难度[23]。
近年来，矿井建设、开采实践表明，我国西部煤矿区岩层大多为成岩地质年代较晚的侏罗系、白垩系泥岩、砂岩岩层，其中侏罗系地层形成距今约1.9亿a，成岩环境为内陆湖泊相，岩石胶结物多为泥质，含炭多，且普遍覆盖物较薄，受物理化学作用强度小，因此，具有强度低、孔隙度大、胶结性差、受构造面切割及风化影响显著或含大量膨胀性黏土矿物的松、散、软、弱层等特征。上述分析的西部矿区典型弱胶结岩石物理力学参数进一步证明该类岩石的松、散、弱等特性。
而我国东部及中部矿区主要开采石炭二叠系煤炭资源，该类煤系地层岩石成岩时间较长，距今约2.5～2.99亿a，较侏罗系长0.6～2.09亿a，沉积环境为陆相，成岩期间发生了复杂的物理化学反应，故较西部矿区岩石成岩充分。如前述弱胶结岩石的孔隙率总体上随着埋深增加而减小，说明岩石在上覆岩层重力的作用下内部孔隙被压缩，那么随着沉积时间的增加，岩石内部结构将会越来越均匀。图13为中部陶二煤矿中砂岩和西部鄂尔多斯红庆河煤矿中砂岩电镜下微观形态，微观条件下可见东部矿区岩石更加致密，而西部同类岩石颗粒大小分布不均、岩石颗粒间孔隙较多。
限于篇幅以砂岩为例，本文仅6对矿井实验数据与煤矿常见砂岩力学参数进行对比，见表1。并结合前述结果，可以发现，西部弱胶结砂岩的弹性模量、抗压强度、抗拉强度、黏聚力等力学参数大部分数值小于常见砂岩强度的下限，只有极少数弱胶结砂岩的力
图13 中部矿区与西部矿区岩石微观形态对比分析
Fig.13 Comparative analysis of microscopic morphology of rock between Middle mining area and Western mining area
学参数数值较大，接近相应参数的上限，如高头窑煤矿砂岩的弹模上限为33.3 GPa。弱胶结砂岩的泊松比总体上看大于常见砂岩的泊松比，进一步说明了弱胶结岩石径向变形能力更强;弱胶结砂岩内摩擦角的分布规律性不强，比较分散，而常见砂岩内摩擦角分布相对比较集中;弱胶结岩石的密度总体上略低于常见砂岩的密度，极个别砂岩密度大于常见砂岩密度;孔隙率在正常分布范围内，与常见砂岩区别不大。由此可进行西部矿区与中东部老矿区岩石间半定量化的综合比较。具体评价方法见文献[12]。
岩石的物理力学性能是由岩石组成成分、成岩环境、成岩时间等综合作用形成的，而表征岩石物理力学特征的参数包括物理参数、力学参数、沉积作用(成岩时间)组成，由此可建立表征岩石物理力学性能的函数集合:
U=f(ρ,n,E,σt,σc,C,T，……)
(1)
式中,U为函数集合;ρ为岩石密度，g/cm3;n为岩石孔隙率，%;E为岩石弹性模量，GPa;σt为岩石抗拉强度，MPa;σc为岩石抗压强度，MPa;C为岩石黏聚力，MPa;T为成岩时间。
表1 常见砂岩与西部典型矿井砂岩物理力学参数对比
Table 1 Comparison of parameters of physical and mechanical of sandstone between Middle mining area and Western mining area
(1)根据西部矿区勘探、建设、开采资料表明，西部矿区煤层普遍赋存于白垩系和侏罗系地层中，该类煤系地层大多由砂岩、泥岩组成，越接近煤层岩石含泥质成分越高，岩石具有强度低、胶结性差、易崩解等松、散、弱特性。
(2)西部6对典型矿井弱胶结岩石密度总体上随着埋深的增加呈线性递增，而岩石孔隙率和含水率则随着埋深的增加呈线性递减;砂岩的孔隙率和含水率较泥岩大;不同矿井同类岩石也具有上述特性。
(3)弱胶结岩石的弹性模量、抗压强度、抗拉强度、黏聚力总体上随着埋深的增加呈线性增大，其中仅高头窑煤矿岩石的抗拉强度有所不同，不同矿井同类岩石也具有上述特性;而弱胶结岩石的泊松比和内摩擦角未表现出与埋深明显的相关性。
(4)弱胶结砂质泥岩遇水极易崩解，随着崩解循环的增加，岩石破碎粒径逐渐减小，多次循环后岩石颗粒可均化到很小的粒径，导致岩石碎胀系数小，由此可导致弱胶结地层采场垮落带、裂隙带高度均会大于中东部相同开采条件的采场，增大了保水开采的难度。
(5)对比中西部矿区砂岩实验数据，西部弱胶结岩石力学参数大多小于中东部同类岩石参数的下限，仅有极少数西部岩石力学参数接近东部矿区岩石强度的上限。建立岩石物理力学性能函数集合可进一步评价中西部岩石性质间的差别。
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