浅谈地质条件回采工作面顶板稳定性的影响

高广伟

【摘 要】对煤层直接顶板稳定性进行分析，考虑了岩石单向抗压强度以及裂隙发育密度和分层厚度。煤层直接顶板稳定程度的差异，其根本原因在于地质条件的差异，煤层顶板的岩性，是影响煤层顶板稳定性的重要的因素。只有深入研究煤层顶板的地质条件，是管理好回采工作面煤层顶板的关键。

【关键词】地质条件；构造；煤层顶板稳定性

在煤层未采动前，岩体内应力处于平衡状态。采动后岩体的平衡状态受到破坏，造成了围岩变形，回采工作面的顶板下沉和垮落、支架变形和破坏等，给回采工作面的顶板管理造成很大的困难。如何管理好回采工作面的顶板，那么必须从地质条件对煤层顶板的影响进行细致分析和研究，掌握其规律。

1.煤层顶板岩性

岩性是影响煤层顶板稳定性的重要的因素。煤层顶板岩性几乎都是沉积岩层，岩性的不同，其抗压强度也不同。

同一岩性，抗压强度变化的范围很大，同是砂岩，但矿物成分的比例、胶结成分、胶结类型不同，它们的抗压强度显然也不同。岩性在直接顶板分类中起着至关重要的作用。一般地说，泥岩、页岩和砂质页岩之类多为中等稳定顶板，而砂岩则几乎都为稳定顶板。

造成顶板不稳定的岩性往往是薄层的泥质岩。如龙湖矿一采区的36号煤层顶板，为不稳定或为中等稳定顶板。直接顶板岩层的组合形式对稳定程度有很大影响，它是反映顶板整体性的最重要因素，这种组合形式即“复合顶板”。复合顶板一般由下软上硬的不同岩性的岩层组成。由于上、下软硬层的下沉不同步，软层快而硬层慢，从而导致软硬岩层“离层”，有的顶板中间夹有一层煤线或软弱岩层。

有些顶板岩层组合中夹有砂岩透镜体，在这种情况下，透镜体很容易剥离而发生冒落，尤其是透镜体的边缘部位。值得重视的是，许多直接顶板中的薄层的冒落，砂岩的冒落比起泥岩来说都要厉害，往往呈大块岩体下落。

2.煤层顶板厚度

直接顶板的厚度一般为2m左右，但是影响岩体强度的是分层厚度。

层理面其实也是一种弱面，当顶板悬空时，沿层理面易出现离层而发生顶板冒落。层理越发育，其顶板的整体性越差，因而易发生冒落。如页岩的整体性比起厚层状的泥岩就要差得多，前者易破碎，而后者就明显要好些。层面光滑的水平层理比层面粗糙不平的斜层理或波状层理易产生离层，岩性变化形成的层理比由结核等顺层分布所形成的层理更易产生离层。

3.地质构造

地质构造是影响煤层顶板稳定程度的最重要的因素，尤其是小型构造，它的出现可以使顶板岩层的整体性、坚固性遭到完全破坏，其强度大大减弱。需要强调的是，这时岩石越硬，厚度偏大的岩层，其破坏性反而更大。煤矿回采工作面的冒顶事故，有很多都是由于构造，尤其是小断层造成的。

（1）小断层。小断层在顶板中，尤其是脆性岩层的顶板中常常出现。这种落差小于煤厚的小断层，虽然对工作面布置关系不大，但对顶板的稳定性却影响很大。

工作面中出现小断层时，不论是正断层还是逆断层，在断层下盘靠近断层面附近最易冒顶。这时断层面为薄弱面，工作面推进时，使下盘岩层与上盘岩层“离层”而发生冒落。

小断层走向与工作面的推进方向也有很大关系。当小断层与工作面斜交时，由于顶板被断层面分割为上、下盘两大块，这两块之间都失去了连接力，也就不存在抗弯、抗剪和抗拉的能力。因此，两盘岩体会向煤层倾斜方向或老塘方向滑移，使支架失去稳定，而产生冒落。当断层与工作面平行时，冒顶范围可能影响到整个工作面控顶区，尤其是断层面倾向煤壁时的情况更为严重。因为控顶区顶板正是断层面在内的“复合顶板”，断层面是一弱面，它可以导致上、下盘岩体离层，下盘岩体易冒落。当断层与工作面近似垂直时，其上、下盘的局部范围内都存在冒顶区域。断层下盘冒顶原因，主要是断层面为一弱面引起的。尤其当回柱放顶位置距断层很近（一般在5—8m）时；顶板整体性更差了，冒落块体更加活动了，就更易发生下滑而冒落。

当工作面内出现两条以上的断层时，不管情况如何，冒顶的可能性就更大了。特别是当两条相邻断层的倾向相反组成地垒形式时，如龙湖矿一采区28右三回采工作面，在两断层面之间，冒顶可能性就更大，是可想而知的了。

（2）裂隙。顶板中出现裂隙的多少，直接反映了顶板整体性和坚固性。在直接顶板分类中，把它作为计算强度指数的系数之一。裂隙越发育，密度越大，即它们的间距越小，顶板的稳定性就越差，冒落的可能性就越大。事实上，好多局部冒顶事故都与裂隙息息相关。

（3）褶曲。小褶曲对顶板的稳定性也有较大的影响。一般认为，小褶曲的轴部裂隙发育，易于造成局部冒顶。当回采工作面过向斜轴时，由于顶板岩层下沉极易离层，或下沉产生张裂隙，从而导致顶板冒落。工作面推过褶曲时忽而采上坡，忽而采下坡，造成顶板管理非常困难。采下坡时，采空区垮落岩石可能冲向工作面，撞倒支架，引起冒顶。当回采工作面位于向斜轴部时，由于上拱作用，顶板不冒落，情况明显不同。

岩石单向抗压强度以及裂隙发育密度和分层厚度，影响着煤层直接顶板稳定程度，其根本原因在于地质条件的差异，而煤层顶板的岩性，也是影响煤层顶板稳定性的重要的因素。