淺談地質(zhì)條件回采工作面頂板穩(wěn)定性的影響

高廣偉

【摘 要】對(duì)煤層直接頂板穩(wěn)定性進(jìn)行分析，考慮了巖石單向抗壓強(qiáng)度以及裂隙發(fā)育密度和分層厚度。煤層直接頂板穩(wěn)定程度的差異，其根本原因在于地質(zhì)條件的差異，煤層頂板的巖性，是影響煤層頂板穩(wěn)定性的重要的因素。只有深入研究煤層頂板的地質(zhì)條件，是管理好回采工作面煤層頂板的關(guān)鍵。

【關(guān)鍵詞】地質(zhì)條件；構(gòu)造；煤層頂板穩(wěn)定性

在煤層未采動(dòng)前，巖體內(nèi)應(yīng)力處于平衡狀態(tài)。采動(dòng)后巖體的平衡狀態(tài)受到破壞，造成了圍巖變形，回采工作面的頂板下沉和垮落、支架變形和破壞等，給回采工作面的頂板管理造成很大的困難。如何管理好回采工作面的頂板，那么必須從地質(zhì)條件對(duì)煤層頂板的影響進(jìn)行細(xì)致分析和研究，掌握其規(guī)律。

1.煤層頂板巖性

巖性是影響煤層頂板穩(wěn)定性的重要的因素。煤層頂板巖性幾乎都是沉積巖層，巖性的不同，其抗壓強(qiáng)度也不同。

同一巖性，抗壓強(qiáng)度變化的范圍很大，同是砂巖，但礦物成分的比例、膠結(jié)成分、膠結(jié)類型不同，它們的抗壓強(qiáng)度顯然也不同。巖性在直接頂板分類中起著至關(guān)重要的作用。一般地說(shuō)，泥巖、頁(yè)巖和砂質(zhì)頁(yè)巖之類多為中等穩(wěn)定頂板，而砂巖則幾乎都為穩(wěn)定頂板。

造成頂板不穩(wěn)定的巖性往往是薄層的泥質(zhì)巖。如龍湖礦一采區(qū)的36號(hào)煤層頂板，為不穩(wěn)定或?yàn)橹械确€(wěn)定頂板。直接頂板巖層的組合形式對(duì)穩(wěn)定程度有很大影響，它是反映頂板整體性的最重要因素，這種組合形式即“復(fù)合頂板”。復(fù)合頂板一般由下軟上硬的不同巖性的巖層組成。由于上、下軟硬層的下沉不同步，軟層快而硬層慢，從而導(dǎo)致軟硬巖層“離層”，有的頂板中間夾有一層煤線或軟弱巖層。

有些頂板巖層組合中夾有砂巖透鏡體，在這種情況下，透鏡體很容易剝離而發(fā)生冒落，尤其是透鏡體的邊緣部位。值得重視的是，許多直接頂板中的薄層的冒落，砂巖的冒落比起泥巖來(lái)說(shuō)都要厲害，往往呈大塊巖體下落。

2.煤層頂板厚度

直接頂板的厚度一般為2m左右，但是影響巖體強(qiáng)度的是分層厚度。

層理面其實(shí)也是一種弱面，當(dāng)頂板懸空時(shí)，沿層理面易出現(xiàn)離層而發(fā)生頂板冒落。層理越發(fā)育，其頂板的整體性越差，因而易發(fā)生冒落。如頁(yè)巖的整體性比起厚層狀的泥巖就要差得多，前者易破碎，而后者就明顯要好些。層面光滑的水平層理比層面粗糙不平的斜層理或波狀層理易產(chǎn)生離層，巖性變化形成的層理比由結(jié)核等順層分布所形成的層理更易產(chǎn)生離層。

3.地質(zhì)構(gòu)造

地質(zhì)構(gòu)造是影響煤層頂板穩(wěn)定程度的最重要的因素，尤其是小型構(gòu)造，它的出現(xiàn)可以使頂板巖層的整體性、堅(jiān)固性遭到完全破壞，其強(qiáng)度大大減弱。需要強(qiáng)調(diào)的是，這時(shí)巖石越硬，厚度偏大的巖層，其破壞性反而更大。煤礦回采工作面的冒頂事故，有很多都是由于構(gòu)造，尤其是小斷層造成的。

（1）小斷層。小斷層在頂板中，尤其是脆性巖層的頂板中常常出現(xiàn)。這種落差小于煤厚的小斷層，雖然對(duì)工作面布置關(guān)系不大，但對(duì)頂板的穩(wěn)定性卻影響很大。

工作面中出現(xiàn)小斷層時(shí)，不論是正斷層還是逆斷層，在斷層下盤(pán)靠近斷層面附近最易冒頂。這時(shí)斷層面為薄弱面，工作面推進(jìn)時(shí)，使下盤(pán)巖層與上盤(pán)巖層“離層”而發(fā)生冒落。

小斷層走向與工作面的推進(jìn)方向也有很大關(guān)系。當(dāng)小斷層與工作面斜交時(shí)，由于頂板被斷層面分割為上、下盤(pán)兩大塊，這兩塊之間都失去了連接力，也就不存在抗彎、抗剪和抗拉的能力。因此，兩盤(pán)巖體會(huì)向煤層傾斜方向或老塘方向滑移，使支架失去穩(wěn)定，而產(chǎn)生冒落。當(dāng)斷層與工作面平行時(shí)，冒頂范圍可能影響到整個(gè)工作面控頂區(qū)，尤其是斷層面傾向煤壁時(shí)的情況更為嚴(yán)重。因?yàn)榭仨攨^(qū)頂板正是斷層面在內(nèi)的“復(fù)合頂板”，斷層面是一弱面，它可以導(dǎo)致上、下盤(pán)巖體離層，下盤(pán)巖體易冒落。當(dāng)斷層與工作面近似垂直時(shí)，其上、下盤(pán)的局部范圍內(nèi)都存在冒頂區(qū)域。斷層下盤(pán)冒頂原因，主要是斷層面為一弱面引起的。尤其當(dāng)回柱放頂位置距斷層很近（一般在5—8m）時(shí)；頂板整體性更差了，冒落塊體更加活動(dòng)了，就更易發(fā)生下滑而冒落。

當(dāng)工作面內(nèi)出現(xiàn)兩條以上的斷層時(shí)，不管情況如何，冒頂?shù)目赡苄跃透罅恕Ｌ貏e是當(dāng)兩條相鄰斷層的傾向相反組成地壘形式時(shí)，如龍湖礦一采區(qū)28右三回采工作面，在兩斷層面之間，冒頂可能性就更大，是可想而知的了。

（2）裂隙。頂板中出現(xiàn)裂隙的多少，直接反映了頂板整體性和堅(jiān)固性。在直接頂板分類中，把它作為計(jì)算強(qiáng)度指數(shù)的系數(shù)之一。裂隙越發(fā)育，密度越大，即它們的間距越小，頂板的穩(wěn)定性就越差，冒落的可能性就越大。事實(shí)上，好多局部冒頂事故都與裂隙息息相關(guān)。

（3）褶曲。小褶曲對(duì)頂板的穩(wěn)定性也有較大的影響。一般認(rèn)為，小褶曲的軸部裂隙發(fā)育，易于造成局部冒頂。當(dāng)回采工作面過(guò)向斜軸時(shí)，由于頂板巖層下沉極易離層，或下沉產(chǎn)生張裂隙，從而導(dǎo)致頂板冒落。工作面推過(guò)褶曲時(shí)忽而采上坡，忽而采下坡，造成頂板管理非常困難。采下坡時(shí)，采空區(qū)垮落巖石可能沖向工作面，撞倒支架，引起冒頂。當(dāng)回采工作面位于向斜軸部時(shí)，由于上拱作用，頂板不冒落，情況明顯不同。

巖石單向抗壓強(qiáng)度以及裂隙發(fā)育密度和分層厚度，影響著煤層直接頂板穩(wěn)定程度，其根本原因在于地質(zhì)條件的差異，而煤層頂板的巖性，也是影響煤層頂板穩(wěn)定性的重要的因素。