浅谈矿山地质构造对煤层顶板的作用

[摘 要]目前，国内矿山开采工作中顶板伤亡事故还占有较大的比重，给正常的矿山采掘工作带来了很大的影响。因此研究矿山地质构造对煤层顶板造成的影响是降低顶板事故伤亡比重、实现现代化管理的重中之重，本文在这样的目的下，对发生煤层顶板事故的原因以及发生具体过程进行了认真的分析，提出了预防事故发生的措施和办法，以供参考。

[关键词] 矿山 事故 煤层顶板 地质构造

中图分类号：TDl63 文献标识码：A

引言

沉积岩层和煤层在其形成初期，一般都是水平或近水平的，并在一定范围内连续完整的。但是，后来受到地壳运动的影响，使煤岩层的形态和产状发生了变化。甚至产生裂缝和错动，使岩层失去完整性。这些由地壳运动而造成的煤岩层空间形态的变化，称为地质构造。或者说这些由地壳运动造成岩层的空间形态称为地质构造，它们对煤层顶板的影响很大。

1 煤层顶板的分类

一般情况下，可按开采过程中对煤层底板控制的对象将其分为直接底、老顶、伪顶以及直接顶四类，各个类别的基本含义如下文所述。

1.1 伪顶

伪顶一般紧贴在煤层上，岩层较薄，非常容易出现垮落的情况。伪顶是炭质软弱页岩层构成的，厚度不超过0.5m，其主要特点是会随着采煤而出现垮落的情况。

1.2 直接顶

直接顶是在煤层或是伪顶上形状和数目不定的岩层。一般组成直接顶的大多数为不稳定的岩层，砂质页岩、泥质页岩以及页岩等。其特点是会随着回柱放顶垮落。一般直接顶的厚度就是指回放顶之后可以在采空区域内自动进行垮落岩层的厚度。

1.3 老顶

老顶是指在直接顶上方的岩层，一般由组成老顶的是较为坚硬的岩石，如砂砾岩以及砂岩等，其厚度一般不低于2m，这样的岩层内的节理裂隙通常不发育，导致自然分层较大，因此老顶具有很强的整体性。

1.4 直接底

一般直接底在开采层之下，若组成直接底的岩层较为坚硬时，能够很好的充当采面支柱的底座；若是组成直接底的岩层为松软岩层（如泥松岩）时，就会经常出现支柱与底插到底板内的情况。在倾斜度较大的煤层中，直接底还会发生沿倾斜滑动的事故。

2 可采煤层顶板的特点

以鹤岗为例，鹤岗矿区大部分可采煤层顶板组主要是砂质泥岩，其次是细砂岩与粉砂岩，底板的构成部分主要是粉砂岩。通过相关物理力学的测试，结果显示岩性是决定岩石承受压强的程度的主要因素，其与容重、层位以及深度的联系不大。抗压强度最高的是砂岩，其次是砂质泥岩，抗压强度最低的是泥岩。其中砂岩类中，数细砂岩与砂岩的抗压强度最高。

3 矿山地质构造对煤层顶板作用的分析

矿井地质构造的形态是多种多样的，其对煤层顶板造成影响的程度也不同。概括起来，可以归纳为三种类型，即单斜构造、褶曲构造、断裂构造。

3.1 单斜构造对煤层顶板的影响

由于受地壳运动的影响，地壳表层中的岩层绝大部分是倾斜的，极少数是水平或接近水平的。在一定范围内，煤岩层受地质作用力的影响大致向同一方向倾斜，这样的构造形态称为单斜构造。

3.2 褶皱构造对煤层顶板的影响

3.2.1 褶皱构造的形成过程

煤岩层受地壳运动水平力的作用发生变形，呈现波状弯曲，但仍保持了煤岩层的连续性和完整性的构造形态称为褶皱构造，褶皱构造中的每一个弯曲称为褶曲，它是褶皱构造的基本单位。背斜或向斜凸凹部分的顶部称为褶曲的轴部，两侧称为褶的翼部。

3.2.2 褶曲的基本形态

褶曲的基本形态可分为背斜和向斜两种类型。背斜在形态上一般是一个中间向上凸起的弯曲岩层、自中间向两侧倾斜，其地层特点是核心部位是老岩层，两侧是新岩层，新岩层呈对称重复出现，两翼岩层的倾向相背；向斜在形态上一般是一个中间向下凹陷的弯曲岩层、自两侧向中间倾斜，其地层特点是核心部位是新岩层，两侧是老岩层，老岩层呈对称重复出现，两翼岩层的倾向相向。背斜和向斜在位置上往往是彼此相连的。

3.2.3 对煤层顶板的影响

大型褶曲的核部一般裂隙发育，岩石破碎，易冒落，必须加强支护，否则很容易发生冒顶事故，给顶板管理带来困难。小型褶曲常常造成煤层厚度、产状的较大变化，给生产及安全造成困难。瓦斯矿井的褶曲核部，瓦斯极易在此积聚，可能会造成瓦斯突出，对煤层顶板造成很大威胁。

3.3 断裂构造

煤岩层受地壳运动的作用力而发生断裂，失去了完整性和连续性，这种构造形态称为断裂构造。根据岩层断裂后两侧岩块有无显著位移，可把断裂构造分为裂隙和断层两大类。

3.3.1 裂隙及其分类

断裂面两侧岩层没有发生明显位移的断裂构造称为裂隙，若干条有规格组合的裂隙将岩石割成一定几何形状的岩块，这种裂隙的总体称为节理。根据裂隙形成的原因，裂隙可分为以下三类。

（1）原生裂隙。是指在沉积岩成岩作用阶段，主要是由于沉积物脱水和压缩而形成，一般肉眼不易发现，煤层中都有原生裂隙。

（2）构造裂隙。是指受构造变动作用力形成，也叫外裂隙。在煤层和围岩中常见，且与原生裂隙斜交。在褶皱的煤层中可见到多组构造裂隙，且常为两组彼此相互垂直，但其中一组往往发育不好。在断层附近常有与断层面平行或斜交的裂隙发育。

（3）压力裂隙。是指在巷道和采煤工作面附近，原有应力平衡状态发生破坏，由矿山压力作用而产生，又称为地压裂隙。压力裂隙平行于工作面而略向采空区倾斜，与其他裂隙相交。压力裂隙与埋藏深度关系密切，埋藏深度越大，裂隙分布越广泛。

3.3.2 断层及其要素

断层是指断裂面两侧岩层产生明显位移的构造变动。断层部位岩层的完整性和连续性遭到破坏，是一种常见的主要地质构造现象。断层在地壳中分布广，形态和类型多，规模与分布因地而异。在煤田地质勘探与煤矿生产中，查明断层的特征和分布规律，对于寻找断失的煤层，合理安排巷道布置，预防灾害发生都具有重要意义。

4 实际生产中工程地质问题的解决方法

4.1 控制复合顶板的问题

复合顶板是由下软上硬的岩层构成的，处于下层的软岩层非常容易脱离，这就导致直接顶很难进行支托，顶板一旦出现冒落的现象，就会对生产的煤质造成严重的影响。目前根据多年的工作经验，通过掌握复合顶板冒落规律，根据规律对复合顶板进行控制，能够取得很好的效果。

4.2 顶板砂岩体的相变问题

当煤层顶板的砂岩是掌状或是网状结构时，原生沉积环境就会对砂岩的厚度以及分布造成很大的影响，通常会相变成粗粉砂岩或是砂质泥岩。结合实际煤矿开采过程中可以得知，顶板异常冒落的情况通常会在砂岩体相变的地方发生。这时要对砂岩岩体分布范围进行研究，弄明白开采矿压与岩相变化之间关系，从而达到有效控制顶板的目的。

结束语

预防煤层顶板事故是矿山开采过程中的重中之重，因此必须要研究清楚矿山地质构造对煤层顶板的影响，落实预测工作，确保防范于未然，这样才能够有效的防范煤层顶板事故，确保安全生产。

参考文献

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作者简介：李明宇 男 助理工程师 2011年毕业于黑龙江科技学院资源勘查专业 现从事煤矿地质研究工作