劉東煤礦10煤層復(fù)合頂板類型分析及治理

【摘要】本文以實(shí)測(cè)地質(zhì)資料為依據(jù)，分析了劉東煤礦二水平東11001工作面頂板類型，針對(duì)復(fù)雜地質(zhì)條件下復(fù)合頂板難于管理和易冒落的現(xiàn)象，結(jié)合實(shí)際做出一些分析，提出作者的見解。

【關(guān)鍵詞】復(fù)合頂板；10煤；治理

1.引言

在煤礦生產(chǎn)中，頂板事故調(diào)查中發(fā)現(xiàn)，復(fù)合頂板所引發(fā)的頂板冒落事故往往據(jù)于首位，尤其是在更為復(fù)雜的地質(zhì)環(huán)境條件下，復(fù)合頂板的治理顯得尤為重要。

所謂復(fù)合頂板，我們認(rèn)為必須具備以下三個(gè)條件：一是煤層頂板由下軟上硬不同巖性和巖層組成；二是軟硬層之間夾有煤線或薄煤層軟弱煤層；三是下位軟巖層的厚度一般在0.5-2.5m范圍之間[1]。從中可以看出，復(fù)合頂板條件下，其下部主采煤層與上部老頂之間存在一定的距離，而中間這部分煤層偽頂或直接頂又是主要有軟巖石或軟巖層夾薄煤層、煤線組成。從巖石物理力學(xué)性質(zhì)的角度看，其泥巖硬度范圍為f=2-3，煤層硬度為f=2.5，粉砂巖硬度f=4-5，砂巖（細(xì)-中）硬度為f=6-8，其復(fù)合頂板巖性硬度偏小，在工作面回采時(shí)，更容易冒落，使采空區(qū)與老頂之間形成一定的懸空距離。另外，復(fù)合頂板條件下，在掘進(jìn)巷道或者工作面推進(jìn)遇構(gòu)造帶時(shí)，也使得頂板砂巖裂隙水對(duì)礦井正常產(chǎn)生巨大危害。

2.地質(zhì)概況

在淮北礦區(qū)主采10#煤層中，其直接頂板或直接底板巖性多為砂巖或砂質(zhì)頁巖，其老頂多為砂巖（細(xì)-中）。該類頂板老頂初次來壓步距一般約25m，最大超過30m，而且直接頂呈大塊冒落，初放時(shí)常需要強(qiáng)制放頂[2]。

劉東礦二水平東11001工作面是南巷二水平東翼采區(qū)首采工作面，其西部靠近F21（H=60-140m）斷層，南部受F15（H=140～230m）和F16（H>80m）斷層阻斷，東部臨近F1（H=100～230m）斷層，生產(chǎn)條件及地質(zhì)條件較為復(fù)雜。其主采10煤層煤質(zhì)類型為天然焦、焦煤、1/3焦煤為主，煤層發(fā)熱量較高，為高熱值煤。煤層厚度0.62～5.33m，均厚為3.09m。局部為煤層結(jié)構(gòu)簡單，以單一煤層為主，僅在個(gè)別鉆孔中可見一層夾矸，夾矸巖性為炭質(zhì)泥巖和粉砂巖。煤層發(fā)育較好，為薄～中厚煤層，成煤環(huán)境為濱海平原泥炭沼澤成煤。

3.10煤復(fù)合頂板類型和開采條件

經(jīng)過實(shí)測(cè)，劉東礦東11001工作面10煤層以上是0.2-0.8m的泥巖，炭質(zhì)泥巖或厚約0.2m煤線偽頂，直接頂板巖性為砂質(zhì)泥巖，粉砂巖或0.2-0.6m煤層組成和粉砂巖，砂巖老頂組成。10煤層頂板巖性自下而上是有軟巖到堅(jiān)硬巖石轉(zhuǎn)化，是典型的復(fù)合頂板類型。

10煤頂板多為粉砂巖，其上為老頂砂巖，底板泥巖或粉砂巖。劉東礦生產(chǎn)階段取10煤底板粉砂巖樣做力學(xué)測(cè)試，抗壓強(qiáng)度27.6MPa，抗拉強(qiáng)度1.08MPa。據(jù)實(shí)際開采10煤層時(shí)頂?shù)装宓姆€(wěn)定性：泥巖屬不穩(wěn)定型，粉砂巖屬中等穩(wěn)定～不穩(wěn)定型，砂巖屬穩(wěn)定型。10煤層頂板粉砂巖厚4-6m，采空后粉砂巖容易冒落，碎脹充填直至老頂砂巖，這種情況下周期來壓不明顯。

另外，劉東礦2003年補(bǔ)勘對(duì)03-2號(hào)孔10煤層采集的三組頂?shù)装鍘r石力學(xué)樣本，其測(cè)試成果見表1。

4.治理措施

4.1加強(qiáng)頂板支護(hù)和管理

要解決復(fù)合頂板易冒落問題，首先是考慮到如何更好地強(qiáng)化頂板支護(hù)與管理的問題。針對(duì)淮北礦區(qū)復(fù)雜地質(zhì)條件下復(fù)合頂板特點(diǎn)，易采用超前掛梁、短梁來及時(shí)支護(hù)，盡量縮減空頂時(shí)間和空頂距范圍。合理布局錨網(wǎng)、錨索、鋼帶位置，有針對(duì)性的對(duì)個(gè)別頂板巖石較為破碎區(qū)段進(jìn)行鋼棚支護(hù)，避免長時(shí)間空頂造成頂板嚴(yán)重離層。另外，在支護(hù)材料的選擇上要嚴(yán)格把關(guān)，杜絕不合格材料入井及投入使用，定期專人對(duì)離層或頂板易冒落區(qū)進(jìn)行檢查，加大聯(lián)網(wǎng)、補(bǔ)網(wǎng)管理環(huán)節(jié)的力度。

4.2提高支柱的初撐力

對(duì)支柱的有效管理能使其更好的發(fā)揮作用，減少無效支護(hù)，根本性地控制頂板離層。工作面必須有專業(yè)技術(shù)人員定期觀測(cè)初次來壓及周期來壓時(shí)間，掌握其規(guī)律，做到心中有數(shù)。復(fù)合頂板下，頂板下部軟巖含煤線更容易離層，在巖性破碎的個(gè)別區(qū)段更為明顯，頂板下沉量過大，造成直接頂下沉及其冒落，影響礦井正常生產(chǎn)。因?yàn)橛行У目仨斁褪菑母旧咸崆捌渲ёo(hù)系統(tǒng)的剛性，最直接的辦法就是要強(qiáng)化提高護(hù)頂支柱的初撐力。另外是給支柱穿鞋已提高支護(hù)力。

4.3對(duì)直接頂板的監(jiān)控和治理

煤層偽頂可以隨著煤層的開采一次性帶采，而對(duì)直接頂?shù)目刂坪脡氖敲绊斒鹿食０l(fā)的主要原因。對(duì)復(fù)合頂板的治理就是要對(duì)容易冒落的直接頂和局部易冒老頂進(jìn)行行之有效的監(jiān)控。劉東煤礦11001工作面掘進(jìn)巷道過程中有專業(yè)技術(shù)人員定期對(duì)10煤頂板巖性進(jìn)行探查，進(jìn)行階段性成果總結(jié)、分析及預(yù)測(cè)。在個(gè)別頂板破碎區(qū)段進(jìn)行提前預(yù)測(cè)，加強(qiáng)支護(hù)。最大限度地保證直接頂板與砂巖老頂不離層。在頂板巖性極其破碎區(qū)段易采取主動(dòng)放頂，二次加固支護(hù)的方法，最大程度上保證頂板在可控范圍內(nèi)局部冒落。

4.4科學(xué)的管理措施

對(duì)復(fù)合頂板要加強(qiáng)科學(xué)管理，包括對(duì)工作面的管理和頂?shù)装宓娜轿弧⒘Ⅲw式管理。合理的勞動(dòng)作業(yè)組織和作業(yè)方式尤為重要，既要重管理，又要重效益。在對(duì)復(fù)合頂板的管理上做到及時(shí)護(hù)頂，減少空頂時(shí)間和縮小空頂距離。在對(duì)直接頂及老頂?shù)谋O(jiān)測(cè)監(jiān)控上做到專人專職，定期檢測(cè)、定期匯報(bào)、總結(jié)分析預(yù)測(cè)等。在對(duì)支柱的選取上要嚴(yán)格檢測(cè)，堅(jiān)持對(duì)礦壓的觀測(cè)，把握規(guī)律，確定來壓步距和巖移范圍。提高井下現(xiàn)場(chǎng)施工隊(duì)伍的管理，加強(qiáng)工程質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1]吳長云.淺談復(fù)合頂板的治理[J].黑龍江科技信息，2004（8）：157.

[2]張希久，楊軍.淮北礦區(qū)頂板管理八年沿革（下）—兼談回采工作面頂板治理的研究與實(shí)踐[J]礦山壓力與頂板管理，1994，（3）：11-15.

[3]閆敦喜.二層煤復(fù)合頂板的治理方法研究[J].山東煤炭科技，2003，（4）：27-28.

[4]劉效云，揚(yáng)本水等.控制“三軟”煤層頂板的理論與實(shí)踐[J].東北煤炭科技，2000，（2）：12-13.

[5]施力芳，郭叢林.復(fù)雜地質(zhì)條件下長距離石門揭煤頂板綜合治理技術(shù)[J].煤礦現(xiàn)代化，2007，（5）：18-20.

作者簡介

吳義北（1981，4-），男，安徽淮北人，碩士研究生，2011年7月畢業(yè)于中國礦業(yè)大學(xué)資源學(xué)院，地質(zhì)學(xué)專業(yè)，主要研究方向?yàn)榈V井地質(zhì)學(xué)，沉積學(xué)與層序地層學(xué)。現(xiàn)工作單位為新光集團(tuán)（原鹽城礦務(wù)局）生產(chǎn)發(fā)展部，地質(zhì)防治水技術(shù)員。