浅谈地质条件对煤层顶板稳定程度的影响

浅谈地质条件对煤层顶板稳定程度的影响

【摘要】本篇文章对一个案例煤矿的地质条件以及煤层顶板条件进行了深入的分析，从而得出了能够影响煤矿内部煤层顶板稳定性因素以及煤巷脱落的原因，详细的阐述了煤矿在进行生产过程中的地质结构构造对于煤层顶板所造成的影响，并且针对这现象提出了科学合理的建议。

【关键词】矿山地质构造；煤层顶板；煤层脱落

引言

目前，我国的矿山在采掘过程中，面顶板所造成的伤亡比重达到了45%作用，而顶板所造成的伤亡事故比重达到了5%。因此，对矿山的地质条件和顶板事故这两者之间的影响进行研究，是能够最大限度减少顶板事故发生的以及实施现代化安全管理的一个重要任务。本文在基于这样的目的之下，在进行顶板事故发生的条件、发生过程的基础之上全面详细的论述了矿山地质条件能够与顶板事故造成的影响，同时提出了相应的预防措施。

1、地质概况

本文中的案例煤矿是设计年产超过400万吨的现代化特大型的矿井，在2005年就进行了开工建设，在2007年的8月正式开始投入生产。为能使得该煤矿能够充分的满足高效矿井、安全高产的需求，案例煤矿决定使用更为先进的计算机技术来实现对煤矿矿井的现代化管理方式，从而使得煤矿的地质测量成果能够完全达到高效率、高质量为矿井生产过程中提供优良的服务。

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。

1.2煤层顶底板类别

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。

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，岩层内节理裂隙不发育，自然分层比较大，整体性较强。

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。

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

造成顶底板的岩性出现不稳定的主要原因是岩石沉积环境的变化，形成了符合的顶板。顶底板通过组合之后，形成了下软上硬的岩层结构，并且在岩层的中间还夹了一层较为松软的岩层。当煤矿在进行回采工作的过程中，工作面的支架初始支撑力不足时，软岩层就极易出现离层的现象，又由于岩石原生或者采动造成的裂缝殷切的岂可，使得顶层的软岩层形成了一个多面体的岩块，而多面体岩块如果不断向下方的冒空区或者工作面按照伪伪仰斜布置的时候，其多面体的岩块就会下方倾斜或者挡住采空区的去路，这个时候就会发生垮塌性的脱落，这类安全事故在发生之前，几乎完全没有预兆，或者说预兆并不明显，并且又是在回柱时突然发生的脱落，因此，这类情况所造成的危害极为严重。

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。

2.3可采煤层的顶底板的特征

案例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。

3、生产中遇到的工程地质问题及解决方法

3.1复合顶板的控制问题

复合型顶板又可以称之为离层顶板，它主要是由下软上硬这两种颜色所构成，下部的软性岩层要易于上部的硬岩层离层。案例煤区的13-1煤层通常都是复合型顶板，并且夹有软岩薄层，因此，很难通过直接进行支托，从而顶板极其容易出现脱落的现在，极大的影响到了煤区的正常生产以及煤炭的质量。经过多年以来的实践工作，煤区研究人员已经对复合顶板的脱落规律以及管理方式取得了更多的实践经验，已经能够较好的对复合顶板进行有效的控制。

3.2顶板砂岩体相变问题

在煤矿矿区的煤层内部顶板，通常砂岩呈现出来的都是树枝状、网状以及掌状的河流沉积之后的岩石环节，砂岩由于自身特性的原因，分布的范围以及厚度变化极大，短时间的内就能够转变为砂质泥岩或者泥岩。经过大量的煤矿开采来看，顶板发生异常脱落的情况时，期发生部位往往都是在砂岩体相发生转变的部位。最近几年来，相关的研究部门通过三维地震的反演技术，能够清晰的勘探出煤层顶板砂岩体所分布的范围，对岩相进行研究能够较好的发现其与开采矿压这两者的关系，从而对其进行科学有效的控制，并且管理模式已经取得到显著的成效。

4、结束语

综上所述，对矿山顶板进行事故防治是矿山在进行开采过程中的一个重要组成部分，必须要对其进行认真详细的研究，分析出顶底自身的特性，从而完全掌握顶板发生事故的具体原因以及其中的内在联系，真正做好事故预测工作。自然地质环境以及地质条件的恶劣变化是导致煤矿顶板发生事故的主要根源，相关的技术研究人员必须要没煤矿矿区的地质构造以及顶板的特性进行认真详细的研究，使用科学合理的方式对顶进行防治，从而做到事故的有效防范。

参考文献

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