煤层顶板沉积环境对其稳定性影响研究_王海军

比、系统采样、测试分析和测井技术以及顶板稳定性评价技术等综合方法，研究了麟游县 LYL 井田 2 号
煤层顶板沉积环境及其对煤层顶板稳定性的影响。结果表明： 煤层顶板经历了成煤前的河床沉积成煤
过程中的河漫沼泽沉和成煤后的泛滥平原沉积环境的演化过程，主要发育泛滥平原微相，零星见决口
扇、点砂坝。沉积环境影响煤层顶板稳定性，表现为泛滥平原顶板岩石稳定性差、点砂坝、决口扇稳定性
井田内发育第四系黄土、第三系红黏土、白垩系 洛河组、宜君组、侏罗系安定组、直罗组、延安组和富 县组，三叠系铜川组（ 图 2） 。其中延安组是井田的 含煤地层，主要发育一段、二段和三段 3 个岩性段。 其中一段、二段含煤，而三段遭受不同程度的剥蚀， 残留厚度较薄［16］。
图 1 井田构造位置 Fig. 1 Tectonic location in the study area
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2017 年第 2 期
煤炭科学技术
第 45 卷
厚煤层，煤层具有厚度变化大、顶板岩相变化快、顶 板及夹矸岩性复杂等特点。
2 煤层顶板沉积环境特征
2. 1 顶板沉积组合特征 井田内延安组属于曲流河沉积环境［12－13］，发育
有河床、河漫及堤岸 3 个亚相。按照沉积旋回性将 二段划分为上下 2 小层，其中下段以河床沉积为主， 而上段以河漫滩与天然堤形成的泛滥平原泥炭沼泽 沉积为主。发育有河漫滩、天然堤、决口扇、河漫沼 泽、边滩及河床滞留沉积 6 个微相。研究表明，煤层 顶板主要以天然堤与河漫滩形成的泛滥平原为主 体，而点砂坝、决口扇零星分布； 由 1 ～ 3 个正旋回构 成，沉积微相组合类型主要有以下 6 种，可归纳为河 漫滩型、边滩－河漫滩型、多期河道叠置型（ 图 3） 。
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缘翘起，造成中上三叠统地层的剥蚀。同时也形成 了区内南高北低、东高西低，隆起凹陷相间，总体上 以隆起为主体凹陷分布于隆起之间的狭小地带，由 南向北隆起减弱的基底构造格局。因此，区内缺失 上三叠统地层，中三叠统地层部分残留，在此基底上 井田内沉积了富县组和延安组煤系地层。燕山运动 造成使得区内延安组地层产生不均匀的抬升，该地 层遭受不同程度的剥蚀，从而形成了延安组与直罗 组之间的平行不整合接触界面。
Key words： seam roof； sedimentary environment； roof stability； roof water disaster
0引 言
随着煤炭资源的进一步开发，我国浅部及地质 条件简单区域的煤炭储量渐趋匮乏，煤炭开采向深 部发展。深部煤田的顶板条件十分复杂，在开采过 程中受到多种地质灾害因素的威胁，顶板冒落事件 频发，煤 层 顶 板 稳 定 性 问 题 显 得 尤 为 重 要［1－ 2］。 因
在印支运动晚期 NNE 向挤压作用下，盆地西南
图 2 地层综合柱状图 Fig. 2 Comprehensive geological histogram
根据邻近井田煤岩层对比显示井田内主要发育 2、3 号煤层（ 组） ，其中 2 号煤层赋存于延安组二段、 3 号煤层赋存于一段，2 号煤层是区内主要可采煤层 （ 表 1） 。煤层厚度 0 ～ 12．54 m，平均 10．36 m，属中
中等。因此，在未来矿井生产过程加强对泛滥平原沉积环境顶板的维护和管理，选择合理有效的支护方
式将是预防顶板离层水害的关键，同时注意点砂坝、决口扇形成的局部砂岩透镜体顶板的突水问题。
关键词： 煤层顶板； 沉积环境； 顶板稳定性； 顶板水害
中图分类号： TD163
文献标志码： A
文章编号： 0253－2336（ 2017） 02－0178－07
图 3 顶板沉积微相组合类型 Fig. 3 Sedimentary microfacies of roof combination type
1） 河漫滩型（ 图 3a、图 3f） ： 该组合煤层顶板由
1 个正旋回构成，即首先是河床 －边滩沉积、之后河
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王海军： 煤层顶板沉积环境对其稳定性影响研究
道摆渡进入河漫滩沉积最后进入河漫沼泽沉积。河 漫泥炭沼泽形成 2 煤层后，顶板进入河漫滩沉积，形 成一套厚层状 ～ 巨厚层状的泥岩，该泥岩下部为厚 层状黑色、灰色泥岩夹粉砂岩条带，发育水平层理， 见黄铁矿结核、见炭屑、植物化石，上部为厚层状杂 色泥岩，见泥裂、见植物碎片化石，水平层理，该套泥 岩的出现标志着成煤环境的结束。
Study on impact of sedimentary environment to stability of seam roof
Wang Haijun
（ Xi’an Ｒesearch Institute，China Coal Technology and Engineering Group，Xi’an 710077，China）
第 45 卷第 2 期
2017 年 2 月
煤炭科学技术
Coal Science and Technology
Vol. 45 No. 2 Feb. 2017
煤层顶板沉积环境对其稳定性影响研究
王海军
（ 中煤科工集团西安研究院有限公司，陕西 西安 710077）
摘 要： 为了对煤层顶板稳定性做出合理的评价，以保障矿井安全高效开采，采用岩心描述、地层划分对
plain swamp deposit during coal formation process of river bed deposit before the coal formation and on the evolution process of the flood plain sedimentary environment after the coal formation． The microfacies of the main developed flood plain had some crevasse －splay and
comprehensive method were applied to study the sedimentary environment of No．2 seam roof in LYL Minefield of Linyou County and the
sedimentary environment affected to the stability of the seam roof．The results showed that the seam roof had an experience on river flood-
Abstract： In order to make rational evaluation on stability of seam roof and to guarantee safety and high efficient mining，core description， strata division and comparison，system sampling，measurement analysis，logging technology，roof stability evaluation technology and other
2） 边滩－河漫滩型（ 图 3b） ： 该组合煤层顶板由 1 个正旋回构成，2 煤层形成后进入河道边滩沉积， 形成了中厚层状砂体，之后进入漫滩沉积形成巨厚 层状泥岩。砂岩底部见冲刷面、粗粒物质如细砾岩、 含砾粗砂岩等不显层理，中部发育平行层理、上部发 育斜层理、顶部见波状层理、小型交错层理夹粉砂岩 薄层。
Wang Haijun．Study on impact of sedimentary environment to stability of seam roof［J］．Coal Science and Technology，2017，45（ 2） ： 178－184．
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王海军： 煤层顶板沉积环境对其稳定性影响研究
笔者利用已有的地质勘探资料结合生产矿井顶 板特征，从煤层顶板沉积环境入手研究其岩石力学 特征，对麟游县 LYL 井田煤层顶板稳定性做出合理 评价。进而为未来的矿井设计、设备选型、顶板维护 管理提供科学的依据，保障矿井安全高效开采。
1 地质概况
LYL 井田位于鄂尔多斯盆地南缘渭北隆起西南 边部，矿权范围属于 永 陇 矿 区，西 邻 青 龙 山 － 云 雾 山 褶皱带，南邻渭河断陷，北于天环凹陷和陕北斜坡相 接，区内总体上构造简单，由宽缓的向斜和背斜相间 组成［15］，如图 1 所示。
内的学者，孟召平等［3］通过大量的室内试验分析研 究了岩石力学性质与矿物成分、粒度、胶结物及胶结 类型之间的关系； 文献［4－6］研究了含煤岩系岩石 力学性质与岩性、地应力、含水饱和度以及黏土矿物 含量、沉积构造结构面之间的关系； 郭志飚等［7］研 究了深部巷道围岩岩石抗压强度与岩石吸水量之间 的关系； 文献［8－10］通过钻孔、矿井生产资料、岩石 切片等对煤层顶板、工作面顶板、巷道沉积岩层稳定 性进行了分析。陕西省永陇矿区侏罗纪煤田是我国 煤炭工业发展规划中重点建设的大型煤炭基之一， 文献［11－13］研究了区内含煤地层的沉积层序，文 献［14－16］系统研究了区内的构造、控煤因素、聚煤 规律，文献［17－18］研究了区内的顶板水害特征，对 区内地质特征有了较为清晰的认识。但顶板稳定性 问题一直是困扰该区矿井安全生产的一大问题，尤 其是近年来随着开采强度的增加，矿区内的郭家河 煤矿、崔木煤矿、玉华煤矿等发生了多次顶板突水事 故，对矿井开采造成重大危险。
support method was the key to control the water disaster from the bed separation of the roof．Meanwhile，the special attention should be given to the water inrush problem from the roof with local sandstone lenticle formed by the point bar and crevasse－splay．
point bar．The stability of the seam roof was affected by the sedimentary environment．The stability of the roof strata in the flood plain was poor and the stability of the point bar and crevasse－splay was medium．Therefore，in the future mine production process，the maintenance and management of the roof in the sedimentary environment of the flood plain should be enhanced and the rational selected and efficient
此，在开采设计前准确了解岩体结构及其对顶板稳 定性的影响，做出合理评价是地质及采矿技术人员 面临的重要课题。
影响煤层顶板稳定性的因素中，顶板岩石的性 质起主导作用，而顶板岩石的类型、结构构造及其组 合特征是决定顶板岩石性质的最主要的因素，而这 些因素均受顶板岩石形成时的沉积环境的控制。国
收稿日期： 2016－08－20； 责任编辑： 曾康生 DOI： 10．13199 / j．cnki．cst．2017．02．030 基金项目： 国家科技重大专项资助项目（ 2011ZX05040－003） ； 中煤科工集团西安研究院科技创新项目－青年基金资助项目（ 2013XAYQN002） 作者简介： 王海军（ 1985—） ，男，陕西榆林人，助理研究员，硕士。Tel： 15934859759，E－mail： wanghaijun1@ cctegxian．com 引用格式： 王海军．煤层顶板沉积环境对其稳定性影响研究 ［J］．煤炭科学技术，2017，45（ 2） ： 178－184．