淺談地質(zhì)條件對(duì)煤層頂板穩(wěn)定程度的影響

【摘要】本篇文章對(duì)一個(gè)案例煤礦的地質(zhì)條件以及煤層頂板條件進(jìn)行了深入的分析，從而得出了能夠影響煤礦內(nèi)部煤層頂板穩(wěn)定性因素以及煤巷脫落的原因，詳細(xì)的闡述了煤礦在進(jìn)行生產(chǎn)過程中的地質(zhì)結(jié)構(gòu)構(gòu)造對(duì)于煤層頂板所造成的影響，并且針對(duì)這現(xiàn)象提出了科學(xué)合理的建議。

【關(guān)鍵詞】礦山地質(zhì)構(gòu)造；煤層頂板；煤層脫落

引言

目前，我國的礦山在采掘過程中，面頂板所造成的傷亡比重達(dá)到了45%作用，而頂板所造成的傷亡事故比重達(dá)到了5%。因此，對(duì)礦山的地質(zhì)條件和頂板事故這兩者之間的影響進(jìn)行研究，是能夠最大限度減少頂板事故發(fā)生的以及實(shí)施現(xiàn)代化安全管理的一個(gè)重要任務(wù)。本文在基于這樣的目的之下，在進(jìn)行頂板事故發(fā)生的條件、發(fā)生過程的基礎(chǔ)之上全面詳細(xì)的論述了礦山地質(zhì)條件能夠與頂板事故造成的影響，同時(shí)提出了相應(yīng)的預(yù)防措施。

1、地質(zhì)概況

本文中的案例煤礦是設(shè)計(jì)年產(chǎn)超過400萬噸的現(xiàn)代化特大型的礦井，在2005年就進(jìn)行了開工建設(shè)，在2007年的8月正式開始投入生產(chǎn)。為能使得該煤礦能夠充分的滿足高效礦井、安全高產(chǎn)的需求，案例煤礦決定使用更為先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)對(duì)煤礦礦井的現(xiàn)代化管理方式，從而使得煤礦的地質(zhì)測(cè)量成果能夠完全達(dá)到高效率、高質(zhì)量為礦井生產(chǎn)過程中提供優(yōu)良的服務(wù)。

1.1煤層頂?shù)装鍘r石工程地質(zhì)特征

主要可采煤層頂?shù)装鍘r性：13-1煤層頂板以粘土巖為主，次為砂質(zhì)粘土巖，個(gè)別為砂巖，底板一般為粘土巖；11—2煤層頂?shù)装鍨檎惩翈r及砂質(zhì)粘土巖，十西線十一東線頂板常見砂巖；8煤層頂板七—八線—十二東線基本為砂巖，其它部分為粘土巖及砂質(zhì)粘土巖，底板以粘土巖為主。砂質(zhì)粘土巖次之；4—1煤層頂?shù)装寰啪€以東粘土巖、砂質(zhì)粘土巖為主，次為粉砂巖，九線以西粉細(xì)砂巖或砂頁巖互層為主，砂質(zhì)粘土巖、粘土巖次之，底板為粘土巖及砂質(zhì)粘土巖，偶見粉細(xì)砂巖，1煤層頂?shù)装鍨檎惩翈r和砂質(zhì)粘土巖。粘土巖及砂質(zhì)粘土巖的一般特征為致密，性脆，受力易碎呈碎塊狀，砂質(zhì)粘土巖比粘土巖稍好；砂巖一般以石英為主，次為長石，含少量暗色礦物或菱鐵，泥硅質(zhì)膠結(jié)，較堅(jiān)硬，局部裂隙比較發(fā)育。受構(gòu)造影響的部分巖芯破碎；粉砂巖、粉細(xì)砂巖、砂頁巖互層堅(jiān)硬程度及破碎情況介于兩者之間。

1.2煤層頂?shù)装孱悇e

煤礦開采對(duì)煤層頂?shù)装宓目刂茖?duì)象分為偽頂、直接頂、老頂及直接底。這是最常用的礦山煤層頂?shù)装宸诸?，各類的基本含義如下：

1.2.1偽頂：緊貼煤層之上，極易垮落的較薄煤巖層。它由炭質(zhì)頁巖等軟弱巖層組成，厚度小于0.5m，其特征是隨采煤而垮落。

1.2.2直接頂：位于偽頂或煤層之上的一層或幾層相同或不同的巖層。一般由泥質(zhì)頁巖、頁巖、砂質(zhì)頁巖等不穩(wěn)定巖層組成，具有隨回柱放頂而垮落的特征。

1.2.3老頂：位于直接頂之上的巖層，由砂巖、砂礫巖等堅(jiān)硬巖石所組成，其厚度大于2m，巖層內(nèi)節(jié)理裂隙不發(fā)育，自然分層比較大，整體性較強(qiáng)。

1.2.4直接底：直接底是位于開采層下面的巖層。當(dāng)它為堅(jiān)硬巖石時(shí)，可作為采場(chǎng)支柱的良好底座。

2、礦山頂板事故的地質(zhì)原因分析

2.1頂板巖性巖相組合導(dǎo)致頂板事故

造成頂?shù)装宓膸r性出現(xiàn)不穩(wěn)定的主要原因是巖石沉積環(huán)境的變化，形成了符合的頂板。頂?shù)装逋ㄟ^組合之后，形成了下軟上硬的巖層結(jié)構(gòu)，并且在巖層的中間還夾了一層較為松軟的巖層。當(dāng)煤礦在進(jìn)行回采工作的過程中，工作面的支架初始支撐力不足時(shí)，軟巖層就極易出現(xiàn)離層的現(xiàn)象，又由于巖石原生或者采動(dòng)造成的裂縫殷切的豈可，使得頂層的軟巖層形成了一個(gè)多面體的巖塊，而多面體巖塊如果不斷向下方的冒空區(qū)或者工作面按照偽偽仰斜布置的時(shí)候，其多面體的巖塊就會(huì)下方傾斜或者擋住采空區(qū)的去路，這個(gè)時(shí)候就會(huì)發(fā)生垮塌性的脫落，這類安全事故在發(fā)生之前，幾乎完全沒有預(yù)兆，或者說預(yù)兆并不明顯，并且又是在回柱時(shí)突然發(fā)生的脫落，因此，這類情況所造成的危害極為嚴(yán)重。

2.2地質(zhì)構(gòu)造導(dǎo)致頂板事故

在大斷層兩側(cè)，往往伴生中、小斷層和裂隙，其形狀大致與主斷層相近，落差在1—2m，在頂?shù)装鍨楹駥由皫r的工作面最常見。盡管斷層落差小，不影響工作面的布置和開采，但在頂?shù)装鍘r層中產(chǎn)生了薄弱面，特別是小斷層密集區(qū)段，兩條不同傾向的小斷層可產(chǎn)生離層三角巖塊，對(duì)頂板管理危害極大。斷層傾向與工作面推進(jìn)方向?qū)敯蹇刂坪兔绊斒鹿室灿杏绊?，例如?dāng)工作面推進(jìn)方向與斷層傾向相同時(shí)，頂板較難控制，冒頂事故多，而兩者相反時(shí)，冒頂事故就較少。因?yàn)橥驍鄬酉卤P巖塊的重量直接作用在支柱上，巖塊易離層下落砸人或推垮工作面。

2.3可采煤層的頂?shù)装宓奶卣?/p>

案例礦區(qū)主要可采煤層的頂板已泥巖、砂質(zhì)泥巖為主，其次為粉砂巖和細(xì)砂巖；底板以泥巖、砂質(zhì)泥巖為主。據(jù)物理力學(xué)測(cè)試成果，巖石的抗壓強(qiáng)度與層位、深度、容重的關(guān)系不明顯，主要與巖性有關(guān)。泥巖強(qiáng)度最低，砂質(zhì)泥巖次低，砂巖類強(qiáng)度高。

3、生產(chǎn)中遇到的工程地質(zhì)問題及解決方法

3.1復(fù)合頂板的控制問題

復(fù)合型頂板又可以稱之為離層頂板，它主要是由下軟上硬這兩種顏色所構(gòu)成，下部的軟性巖層要易于上部的硬巖層離層。案例煤區(qū)的13-1煤層通常都是復(fù)合型頂板，并且夾有軟巖薄層，因此，很難通過直接進(jìn)行支托，從而頂板極其容易出現(xiàn)脫落的現(xiàn)在，極大的影響到了煤區(qū)的正常生產(chǎn)以及煤炭的質(zhì)量。經(jīng)過多年以來的實(shí)踐工作，煤區(qū)研究人員已經(jīng)對(duì)復(fù)合頂板的脫落規(guī)律以及管理方式取得了更多的實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)，已經(jīng)能夠較好的對(duì)復(fù)合頂板進(jìn)行有效的控制。

3.2頂板砂巖體相變問題

在煤礦礦區(qū)的煤層內(nèi)部頂板，通常砂巖呈現(xiàn)出來的都是樹枝狀、網(wǎng)狀以及掌狀的河流沉積之后的巖石環(huán)節(jié)，砂巖由于自身特性的原因，分布的范圍以及厚度變化極大，短時(shí)間的內(nèi)就能夠轉(zhuǎn)變?yōu)樯百|(zhì)泥巖或者泥巖。經(jīng)過大量的煤礦開采來看，頂板發(fā)生異常脫落的情況時(shí)，期發(fā)生部位往往都是在砂巖體相發(fā)生轉(zhuǎn)變的部位。最近幾年來，相關(guān)的研究部門通過三維地震的反演技術(shù)，能夠清晰的勘探出煤層頂板砂巖體所分布的范圍，對(duì)巖相進(jìn)行研究能夠較好的發(fā)現(xiàn)其與開采礦壓這兩者的關(guān)系，從而對(duì)其進(jìn)行科學(xué)有效的控制，并且管理模式已經(jīng)取得到顯著的成效。

4、結(jié)束語

綜上所述，對(duì)礦山頂板進(jìn)行事故防治是礦山在進(jìn)行開采過程中的一個(gè)重要組成部分，必須要對(duì)其進(jìn)行認(rèn)真詳細(xì)的研究，分析出頂?shù)鬃陨淼奶匦?，從而完全掌握頂板發(fā)生事故的具體原因以及其中的內(nèi)在聯(lián)系，真正做好事故預(yù)測(cè)工作。自然地質(zhì)環(huán)境以及地質(zhì)條件的惡劣變化是導(dǎo)致煤礦頂板發(fā)生事故的主要根源，相關(guān)的技術(shù)研究人員必須要沒煤礦礦區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造以及頂板的特性進(jìn)行認(rèn)真詳細(xì)的研究，使用科學(xué)合理的方式對(duì)頂進(jìn)行防治，從而做到事故的有效防范。

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