矿山地质构造对煤层顶板的影响小议

蒲治国

摘要：通过对潘北矿的地质条件和煤层顶板条件分析，得出了影响煤层顶板稳定性的因素及煤巷冒落的原因，阐述了煤矿生产中地质构造对煤层顶板的影响，并针对其情况提出了相关的建议。

关键词：矿山地质构造煤层顶板煤层冒落

0引言

当前，我国矿山采掘工作面顶板伤亡事故的比重仍然保持在45％左右，顶板伤亡事故的比重则超过5％。进行矿山地质条件对顶板事故的影响研究是减少顶板事故和实施管理现代化的紧迫任务。正是基于这样的目的，在分析顶板事故发生的条件以及发生过程的基础上论述了矿山地质条件对于顶板事故的影响和预防措施。

1地质概况

淮南矿业集团潘北煤矿是设计年产400万吨现代化的特大型矿井，2005年开工建设，设计于2007年8月正式投产。为满足安全高产、高效矿井的需要，潘北煤矿决定采用先进的计算机技术来实现矿井现代化管理，从而使地质测量成果能高质量、高效率全面地服务于矿井生产。

1.1煤层顶底板岩石工程地质特征主要可采煤层顶底板岩性：13-1煤层顶板以粘土岩为主，次为砂质粘土岩，个别为砂岩，底板一般为粘土岩；11—2煤层顶底板为粘土岩及砂质粘土岩，十西线十一东线顶板常见砂岩；8煤层顶板七—八线—十二东线基本为砂岩，其它部分为粘土岩及砂质粘土岩，底板以粘土岩为主。砂质粘土岩次之；4—1煤层顶底板九线以东粘土岩、砂质粘土岩为主，次为粉砂岩，九线以西粉细砂岩或砂页岩互层为主，砂质粘土岩、粘土岩次之，底板为粘土岩及砂质粘土岩，偶见粉细砂岩，1煤层顶底板为粘土岩和砂质粘土岩。粘土岩及砂质粘土岩的一般特征为致密，性脆，受力易碎呈碎块状，砂质粘土岩比粘土岩稍好；砂岩一般以石英为主，次为长石，含少量暗色矿物或菱铁，泥硅质胶结，较坚硬，局部裂隙比较发育。受构造影响的部分岩芯破碎；粉砂岩、粉细砂岩、砂页岩互层坚硬程度及破碎情况介于两者之间。煤层顶底板岩石物理学试样根据勘探设计在13—1、8、1等煤层取样，大巷孔岩样根据省煤矿设计院要求而确定。根据岩样理学性质试验指标，按煤炭科学院顶板分类表，对直接顶板进行分类，见表1。

1.2煤层顶底板类别淮南煤矿开采对煤层顶底板的控制对象分为伪顶、直接顶、老顶及直接底。这是最常用的矿山煤层顶底板分类，各类的基本含义如下：

1.2.1伪顶：紧贴煤层之上，极易垮落的较薄煤岩层。它由炭质页岩等软弱岩层组成，厚度小于0.5m，其特征是随采煤而垮落。

1.2.2直接顶：位于伪顶或煤层之上的一层或几层相同或不同的岩层。一般由泥质页岩、页岩、砂质页岩等不稳定岩层组成，具有随回柱放顶而垮落的特征。其厚度是指回放顶后能在采空区自行垮落的岩层厚度。直接顶一般相当于冒落带内的岩层。直接顶厚度一般为采厚的3—5倍，同时与岩性、岩组的组合有关。

1.2.3老顶：位于直接顶之上的岩层，由砂岩、砂砾岩等坚硬岩石所组成，其厚度大于2m，岩石单向抗压强度大于60—80Mpa，岩层内节理裂隙不发育，自然分层比较大，整体性较强(裂隙间距和分层厚度一般大于1m)，采空后能悬露较大面积。

1.2.4直接底：直接底是位于开采层下面的岩层。当它为坚硬岩石时，可作为采场支柱的良好底座；如为泥页岩等松软岩层时，则常造成底鼓和支柱插入底板等现象；在急倾斜煤层时，直接底还可能出现沿倾斜滑动的现象。

2矿山顶板事故的地质原因分析

2.1顶板岩性岩相组合导致顶板事故由于沉积环境的变化，造成顶底板岩性的不稳定，形成复合项板。顶底板组合形成了下软上硬的岩层结构，中间夹一层松软岩层。当回采工作面支架的初撑力不够时，软岩层就容易离层，又由于原生和采动裂隙所切割，顶板软岩层中形成一个多面体岩块，当多面体岩块倾斜下方冒空区或工作面按伪仰斜布置时，多面体向倾斜下方或向采空区有去路，就会发生推垮性冒落。这类事故发生前，因预兆不明显，又是在回柱时突然发生，所以灾害性特别严重。

2.2地质构造导致顶板事故在大断层两侧，往往伴生中、小断层和裂隙，其形状大致与主断层相近，落差在1—2m，在顶底板为厚层砂岩的工作面最常见。尽管断层落差小，不影响工作面的布置和开采，但在顶底板岩层中产生了薄弱面，特别是小断层密集区段，两条不同倾向的小断层可产生离层三角岩块，对顶板管理危害极大。断层倾向与工作面推进方向对顶板控制和冒顶事故也有影响，例如当工作面推进方向与断层倾向相同时，顶板较难控制，冒顶事故多，而两者相反时，冒顶事故就较少。因为同向断层下盘岩块的重量直接作用在支柱上，岩块易离层下落砸人或推垮工作面。

另外，也有可能岩层应力分布的不均衡和应力差异的新平衡产生褶曲和断层。岩层间的位移往往利用岩层作中性面，通过层间滑动达到应力新平衡。因此，层间滑动是伴随岩层褶皱、断裂过程产生的一种地质现象，其影响范围大的可达数个采区，小的仅工作面局部，它使岩层发生滑动揉褶或变薄。层间滑动使岩层顶板破碎，容易离层脱落，控制困难。

2.3上下岩层岩性结构差别导致顶板事故对巷道掘进来说，围岩的岩性结构很大程度上决定了巷道的稳定性。成分单一的块状结构砂岩组成的岩体，巷道稳定性好，含有软弱黏土夹层的岩体，巷道稳定性差，容易片帮或掉块。

2.4顶板水导致项板事故的发生回采后覆岩导水裂隙带波及的砂岩、石灰岩含水层水、断层水进入工作面，使岩石浸泡后软化或裂隙活化。在复合顶板或伪顶厚的工作面，顶板淋水可促使抽顶加速发展引起胃顶事故。

2.5岩浆侵入导致顶板事故岩浆侵入不但破坏了岩层的连续性和完整性，而且岩浆侵入岩层所形成的岩体，其边缘极不规则，在侵入体前缘的岩层中往往出现特殊的揉皱现象，具有漩涡状褶曲等小构造。如果没有掌握岩浆侵入体分布的特征和接触变质的规律，如果支护不当，容易发生局部冒顶现象。

3可采煤层的顶底板的特征

淮南矿区主要可采煤层的顶板已泥岩、砂质泥岩为主，其次为粉砂岩和细砂岩；底板以泥岩、砂质泥岩为主。据物理力学测试成果，岩石的抗压强度与层位、深度、容重的关系不明显，主要与岩性有关。泥岩强度最低，砂质泥岩次低，砂岩类强度高。砂岩类中砂岩和细砂岩强度最高见表2。

4生产中遇到的工程地质问题及解决方法

4.1复合顶板的控制问题复合顶板又称离层型顶板，由下软上硬岩层组成，下部软岩层易于上部硬岩层离层。潘集地区的13—1煤层多为复合顶板，夹有软岩薄层，因此，直接顶难以支托住，顶板容易冒落，严重影响生产与煤质。通过多年的实践，对复合顶板的冒落规律及管理取得了许多经验，已能较好地控制复合顶板。

4.2顶板砂岩体相变问题煤层顶板砂岩是网状、数枝状、掌状河流沉积环境，砂岩分布与厚度变化大，常常相变为砂质泥岩或泥岩。煤矿开采表明，顶板异常冒落往往发生在砂岩体相变的部位。近几年来研究应用三维地震反演技术，解释煤层顶板砂岩体的分布范围，研究岩相变化与开采矿压显示的关系，进行有效的顶板控制与管理已取得初步的成果。

5结束语

防治矿山顶板事故是矿山开采过程中的重头戏，必须认真研究顶底特性，掌握发生顶板事故的各原因及其内在联系，做好预测工作。自然地质环境和恶劣的地质条件是孕育惨痛顶板事故的根源。广大生产技术人员必须对矿区地质构造和顶底板特性认真研究，掌握.其与顶板事故的内在联系，采取符合本矿区实际的科学对策，矿山顶板事故才可以很到有效防范。

参考文献：

[1]唐根全.浅析矿山地质条件对顶板事故的影响[J]中国西部科技2008.(33).

[2]刘衡秋.模糊综合评判在煤层顶板稳定性评价中的应用[J].煤田地质与勘探2002.30(4)：18—19.

[3]程伯禹.矿山地质灾害防治与地质环境保护[J].中国地质灾害与防治学报.1994.5(增刊)：147—151