浅谈矿山地质构造对煤层顶板的影响

摘要：通过对坑柄矿的地质条件和煤层顶板条件分析，得出了影响煤层顶板稳定性的因素及煤巷冒落的原因，阐述了煤矿生产中地质构造对煤层顶板的影响，并针对其情况提出了相关的建议。

关键词：矿山地质构造煤层顶板煤层冒落

中图分类号：F407.1 文献标识码：A 文章编号：

一、 矿井概况

坑柄煤矿位于龙岩市城区西北方位，直距约12公里，行政隶属龙岩市新罗区龙门镇内坂村，矿区区间经纬度坐标：东经116°47′０″―116°53′0″，北纬25°07′30″―25°10′10″，矿区面积为3.8765Km2。矿井核定生产能力15万吨/年，采用平硐暗斜井开拓方式，矿井主要开采童子岩组三段煤层。

1.煤层顶板岩石工程地质特征

主要可采煤层顶底板岩性，煤层：直接顶板为砂质泥岩，较稳定，裂隙不甚发育，具伪顶、伪底，但不易塌落。

上煤层：顶板多为砂质泥岩，较稳定，不易塌落。三煤层：顶板多为砂质泥岩，较稳定，不易塌落。

七煤层：顶板砂质泥岩或泥质砂岩，较完整，不易塌落。

二十八煤层：直接顶板为砂质泥岩，时为细砂岩，较稳定，裂隙不甚发育，具伪顶，但不易塌落，易维护。

2.煤层顶底板类别

坑柄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矿顶底板分类，各类的基本含义如下：

伪顶：紧贴煤层之上，极易垮落的较薄煤岩层。它由炭质页岩软弱岩层组成，厚度小于0.5m，其特征是随采煤而垮落。

直接顶：位于伪顶或煤层之上的一层或几层不同的或相同的岩层。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。其厚度是指回放顶后能在采空区自行垮落的岩层厚度。

老顶：位于直接顶之上的岩层，由砂岩、砂砾岩等坚硬岩石组成，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。

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，可作为采面支柱的良好底座；如为泥页岩等松软岩层时，则常造成底鼓和支柱插入底板等现象;在急倾斜煤层时，直接底还可能出现沿倾斜滑动的现象。

二、矿山顶板事故的地质原因分析

1.顶板岩性岩相组合导致顶板事故

由于沉积环境的变化，造成顶底板岩性的不稳定，形成复合顶板。顶底板组合形成了下软上硬的岩层结构，中间夹一层松软岩层。当回采工作面支架的初撑力不够时，软岩层就容易离层，又由于原生和采动裂隙所切割，顶板软岩中形成一个多面体岩块，当多面体岩块倾斜下方冒空区或工作面按伪倾斜布置时，多面体向倾斜下方或向采空区有去路，就会发生推垮性冒落。这类事故发生前，因预兆不明显，又是在回柱时突然发生，所以灾害性特别严重。

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1-2米，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。

3.上下岩层岩性结构差别导致顶板事故

对巷道掘进来说，围岩的岩性结构很大程度上决定了巷道的稳定性，成分单一的块状结构砂岩组成的岩体，巷道稳定性好，含有软弱黏土夹层的岩体，巷道稳定性差，容易片帮或掉块。

4.岩浆侵入导致顶板事故

岩浆侵入不但破坏了岩层的连续性和完整性，而且岩浆侵入岩层所形成的岩体，其边缘极不规则，在侵入体前缘的岩层中往往出现特殊的揉皱现象，具有漩涡状褶曲等小构造。如果没有掌握岩浆侵入体分布的特征和接触变质的规律，如果支护不当，容易发生局部冒顶现象。

三、可采煤层的顶底的特征

坑柄矿区主要可采煤层的顶板以砂质泥岩为主，其次为粉砂岩和细砂岩，底板以粉砂岩为主。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。砂岩类中砂岩和细砂岩强度最高。

四、生产中遇到的工程地质问题及解决方法

1.复合顶板的控制问题

复合顶板又称离层型顶板，由下软上硬岩层组成，下部软岩层易于上部硬岩层离层。 坑柄矿的3#煤层多为复合顶板，因此，直接顶难以支托住，顶板容易冒落，严重影响生产与煤质。通过多年的实践，对复合顶板的冒落规律及管理取得了许多经验，已能较好地控制复合顶板。

2.顶板砂岩体相变问题煤层顶板砂岩为网状、掌状时，砂岩分布、厚度变化与原生沉积环境有较大关系，常常相变为砂质泥岩或粗粉砂岩。煤矿开采表明，顶板异常冒落往往发生在砂岩体相变的部位。通过多年研究煤层顶板砂岩岩体的分布范围，分析了岩相变化与开采矿压显示的关系，进行有效的顶板控制与管理已取得初步的成果。

五、结束语

防治矿山顶板事故是矿山开采过程中的重头戏，必须认真研究顶底特征，掌握发生顶板事故的各原因及其内在联系，做好预测工作 。广大生产技术人员必须对矿区地质构造和顶底板特性认真研究，掌握其与顶板事故的内在联系，采取符合本矿区实际的科学对策，矿山顶板事故才可以得到有效防范。

参考文献：

1.《煤矿地质学》 作者 杨孟达 煤炭工业出版社

2.《福建省龙岩市新罗区坑柄矿区煤矿资源储量核实报告》