蒲治國(guó)

摘要：通過(guò)對(duì)潘北礦的地質(zhì)條件和煤層頂板條件分析，得出了影響煤層頂板穩(wěn)定性的因素及煤巷冒落的原因，闡述了煤礦生產(chǎn)中地質(zhì)構(gòu)造對(duì)煤層頂板的影響，并針對(duì)其情況提出了相關(guān)的建議。

關(guān)鍵詞：礦山地質(zhì)構(gòu)造煤層頂板煤層冒落

0引言

當(dāng)前，我國(guó)礦山采掘工作面頂板傷亡事故的比重仍然保持在45％左右，頂板傷亡事故的比重則超過(guò)5％。進(jìn)行礦山地質(zhì)條件對(duì)頂板事故的影響研究是減少頂板事故和實(shí)施管理現(xiàn)代化的緊迫任務(wù)。正是基于這樣的目的，在分析頂板事故發(fā)生的條件以及發(fā)生過(guò)程的基礎(chǔ)上論述了礦山地質(zhì)條件對(duì)于頂板事故的影響和預(yù)防措施。

1地質(zhì)概況

淮南礦業(yè)集團(tuán)潘北煤礦是設(shè)計(jì)年產(chǎn)400萬(wàn)噸現(xiàn)代化的特大型礦井，2005年開工建設(shè)，設(shè)計(jì)于2007年8月正式投產(chǎn)。為滿足安全高產(chǎn)、高效礦井的需要，潘北煤礦決定采用先進(jìn)的計(jì)算機(jī)技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)礦井現(xiàn)代化管理，從而使地質(zhì)測(cè)量成果能高質(zhì)量、高效率全面地服務(wù)于礦井生產(chǎn)。

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(yè)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(zhǎng)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(yè)巖互層堅(jiān)硬程度及破碎情況介于兩者之間。煤層頂?shù)装鍘r石物理學(xué)試樣根據(jù)勘探設(shè)計(jì)在13—1、8、1等煤層取樣，大巷孔巖樣根據(jù)省煤礦設(shè)計(jì)院要求而確定。根據(jù)巖樣理學(xué)性質(zhì)試驗(yàn)指標(biāo)，按煤炭科學(xué)院頂板分類表，對(duì)直接頂板進(jìn)行分類，見表1。

1.2煤層頂?shù)装孱悇e淮南煤礦開采對(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(yè)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(yè)巖、頁(yè)巖、砂質(zhì)頁(yè)巖等不穩(wěn)定巖層組成，具有隨回柱放頂而垮落的特征。其厚度是指回放頂后能在采空區(qū)自行垮落的巖層厚度。直接頂一般相當(dāng)于冒落帶內(nèi)的巖層。直接頂厚度一般為采厚的3—5倍，同時(shí)與巖性、巖組的組合有關(guān)。

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，巖石單向抗壓強(qiáng)度大于60—80Mpa，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)(裂隙間距和分層厚度一般大于1m)，采空后能懸露較大面積。

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；如為泥頁(yè)巖等松軟巖層時(shí)，則常造成底鼓和支柱插入底板等現(xiàn)象；在急傾斜煤層時(shí)，直接底還可能出現(xiàn)沿傾斜滑動(dòng)的現(xiàn)象。

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)致頂板事故由于沉積環(huán)境的變化，造成頂?shù)装鍘r性的不穩(wěn)定，形成復(fù)合項(xiàng)板。頂?shù)装褰M合形成了下軟上硬的巖層結(jié)構(gòu)，中間夾一層松軟巖層。當(dāng)回采工作面支架的初撐力不夠時(shí)，軟巖層就容易離層，又由于原生和采動(dòng)裂隙所切割，頂板軟巖層中形成一個(gè)多面體巖塊，當(dāng)多面體巖塊傾斜下方冒空區(qū)或工作面按偽仰斜布置時(shí)，多面體向傾斜下方或向采空區(qū)有去路，就會(huì)發(fā)生推垮性冒落。這類事故發(fā)生前，因預(yù)兆不明顯，又是在回柱時(shí)突然發(fā)生，所以災(zāi)害性特別嚴(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。

另外，也有可能巖層應(yīng)力分布的不均衡和應(yīng)力差異的新平衡產(chǎn)生褶曲和斷層。巖層間的位移往往利用巖層作中性面，通過(guò)層間滑動(dòng)達(dá)到應(yīng)力新平衡。因此，層間滑動(dòng)是伴隨巖層褶皺、斷裂過(guò)程產(chǎn)生的一種地質(zhì)現(xiàn)象，其影響范圍大的可達(dá)數(shù)個(gè)采區(qū)，小的僅工作面局部，它使巖層發(fā)生滑動(dòng)揉褶或變薄。層間滑動(dòng)使巖層頂板破碎，容易離層脫落，控制困難。

2.3上下巖層巖性結(jié)構(gòu)差別導(dǎo)致頂板事故對(duì)巷道掘進(jìn)來(lái)說(shuō)，圍巖的巖性結(jié)構(gòu)很大程度上決定了巷道的穩(wěn)定性。成分單一的塊狀結(jié)構(gòu)砂巖組成的巖體，巷道穩(wěn)定性好，含有軟弱黏土夾層的巖體，巷道穩(wěn)定性差，容易片幫或掉塊。

2.4頂板水導(dǎo)致項(xiàng)板事故的發(fā)生回采后覆巖導(dǎo)水裂隙帶波及的砂巖、石灰?guī)r含水層水、斷層水進(jìn)入工作面，使巖石浸泡后軟化或裂隙活化。在復(fù)合頂板或偽頂厚的工作面，頂板淋水可促使抽頂加速發(fā)展引起胃頂事故。

2.5巖漿侵入導(dǎo)致頂板事故巖漿侵入不但破壞了巖層的連續(xù)性和完整性，而且?guī)r漿侵入巖層所形成的巖體，其邊緣極不規(guī)則，在侵入體前緣的巖層中往往出現(xiàn)特殊的揉皺現(xiàn)象，具有漩渦狀褶曲等小構(gòu)造。如果沒(méi)有掌握巖漿侵入體分布的特征和接觸變質(zhì)的規(guī)律，如果支護(hù)不當(dāng)，容易發(fā)生局部冒頂現(xiàn)象。

3可采煤層的頂?shù)装宓奶卣?/p>

淮南礦區(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。砂巖類中砂巖和細(xì)砂巖強(qiáng)度最高見表2。

4生產(chǎn)中遇到的工程地質(zhì)問(wèn)題及解決方法

4.1復(fù)合頂板的控制問(wèn)題復(fù)合頂板又稱離層型頂板，由下軟上硬巖層組成，下部軟巖層易于上部硬巖層離層。潘集地區(qū)的13—1煤層多為復(fù)合頂板，夾有軟巖薄層，因此，直接頂難以支托住，頂板容易冒落，嚴(yán)重影響生產(chǎn)與煤質(zhì)。通過(guò)多年的實(shí)踐，對(duì)復(fù)合頂板的冒落規(guī)律及管理取得了許多經(jīng)驗(yàn)，已能較好地控制復(fù)合頂板。

4.2頂板砂巖體相變問(wèn)題煤層頂板砂巖是網(wǎng)狀、數(shù)枝狀、掌狀河流沉積環(huán)境，砂巖分布與厚度變化大，常常相變?yōu)樯百|(zhì)泥巖或泥巖。煤礦開采表明，頂板異常冒落往往發(fā)生在砂巖體相變的部位。近幾年來(lái)研究應(yīng)用三維地震反演技術(shù)，解釋煤層頂板砂巖體的分布范圍，研究巖相變化與開采礦壓顯示的關(guān)系，進(jìn)行有效的頂板控制與管理已取得初步的成果。

5結(jié)束語(yǔ)

防治礦山頂板事故是礦山開采過(guò)程中的重頭戲，必須認(rèn)真研究頂?shù)滋匦?，掌握發(fā)生頂板事故的各原因及其內(nèi)在聯(lián)系，做好預(yù)測(cè)工作。自然地質(zhì)環(huán)境和惡劣的地質(zhì)條件是孕育慘痛頂板事故的根源。廣大生產(chǎn)技術(shù)人員必須對(duì)礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造和頂?shù)装逄匦哉J(rèn)真研究，掌握.其與頂板事故的內(nèi)在聯(lián)系，采取符合本礦區(qū)實(shí)際的科學(xué)對(duì)策，礦山頂板事故才可以很到有效防范。

參考文獻(xiàn)：

[1]唐根全.淺析礦山地質(zhì)條件對(duì)頂板事故的影響[J]中國(guó)西部科技2008.(33).

[2]劉衡秋.模糊綜合評(píng)判在煤層頂板穩(wěn)定性評(píng)價(jià)中的應(yīng)用[J].煤田地質(zhì)與勘探2002.30(4)：18—19.

[3]程伯禹.礦山地質(zhì)災(zāi)害防治與地質(zhì)環(huán)境保護(hù)[J].中國(guó)地質(zhì)災(zāi)害與防治學(xué)報(bào).1994.5(增刊)：147—151