矿山地质构造对煤层顶板的影响解析

我国是煤炭藏有量大国, 煤矿事业随着社会的发展而大力发展起来, 但每年煤矿安全事故频频发生。安全事故中, 煤层顶板伤亡事故占有很大的比重。这些事故的发生主要是由于煤层顶板不稳定等问题造成的, 而影响煤层顶板稳定性的主要因素为矿山的地质构造。

一、煤矿顶板的分类

传统的煤矿顶板主要可以分成伪顶、直接顶、老顶、直接底顶板等。

伪顶一般是紧贴在煤层之上, 是垮落度较薄的煤岩层。组成伪顶的岩石为炭质页岩等软弱岩层, 其厚度一般不会超过0.5米, 随着采煤作业的实施, 伪顶就会垮落。

直接顶是位于伪顶之上的一层或多层岩层, 一般来说, 直接顶主要是页岩、泥质页岩、砂质岩等构成, 具有不稳定性, 随着开采过程中回柱放顶就会垮落。直接顶的厚度指的是采空区自由垮落的岩层厚度, 为采厚的3到5倍, 其厚度还与岩组、岩性等性质有关。

位于直接顶之上的岩层被称为老顶, 主要由砂砾岩、砂岩等坚硬的岩层组成, 厚度一般大于2米, 具有抗压能力强, 岩石节理不发育、自然分层大、整体性强等特点, 在采空后可能会大面积的悬漏。

位于开采层下方的岩层被称为直接底。如果直接底为较为坚硬的岩层, 那么能够直接当做开采场地支柱的地垫;如果直接底为较为松软的岩层时, 就可能会造成开采场支柱插入底板出现底鼓松动现象;如果直接底是急倾斜煤层, 在开采过程中还可能出现滑动等问题, 因而使支柱失去支撑作用, 引发冒顶事故。

二、矿山地质构造对煤层顶板的影响

1. 矿山地质构造导致煤层顶板事故的发生

在煤矿大断层的两侧, 常常会有伴生小断层和裂隙的存在, 这些小断层的形状与大断层基本一致, 落差在1到2米之间, 煤层顶底板为砂岩的情况极为常见。断层的落差在1到2米, 不仅影响工作的开采和工作面的布置, 而且由于大断层两侧小断层同时存在, 就造成了薄弱面的存在, 很有可能会产生离层三角岩块, 这样就会对煤层顶板的管理工作造成极大的影响。另外, 断层的倾向以及开采工作面的布置方向对煤层顶板的管理以及冒顶事故的发生都有一定的关系。当断层倾向与工作面推进的方向一致或相反时 (煤壁与断层一致) , 冒顶事故较多, 顶板控制难度较大;当断层倾向与工作面推进方向斜交时, 冒顶事故相对较少, 这主要是因为当两者方向相同的情况下, 煤炭被采空以后, 断层下岩石的重量会直接作用在支柱上, 会对工作面造成影响, 甚至会产生离层下落, 对工作人员的生命安全造成影响。

2. 煤层顶板岩性导致顶板事故的发生

煤矿开采环境相对复杂, 矿山中沉积环境也不断的发生变化, 常常导致煤层顶板岩性出现不稳定现象, 还可能形成复合项板。顶底板相结合, 就形成了一个上硬下软的岩层结构, 中间的岩层较为松软。如果煤矿回采工作面的支撑力不够, 下部较软的岩层就容易发生离层, 又因为煤层开采以及裂缝切割的原因, 常常会形成一个多面体的煤层岩块, 当工作面以及冒空区布置不合理时, 就会导致推跨性冒落事故。这类事故的发生具有很大的突发性, 虽然有一些预兆, 但作出判断时与作业人员及管理人员的经验有关联, 所以容易发生灾害事故。

3. 上下岩层岩性差异导致顶板事故发生

矿山地质构造对顶板的稳定性有很大的影响, 在煤炭开采过程中, 巷道掘进是开采的主要方式, 对掘进巷道的稳定性要求很高, 而围岩的结构对巷道的稳定性具有决定性作用。一般来说, 结构单一的块状岩层结构, 其巷道的稳定性较高, 当围岩结构上下层岩性差别较大, 或中间夹杂着软弱性粘土, 会大大降低巷道的稳定性, 常常导致掉块、片帮等现象发生。

4. 顶板水以及岩浆侵入导致顶板事故的发生

在煤炭回采后, 导水裂缝会对砂岩、石灰岩等造成影响, 导致断层水、石灰岩层中的水进入回采工作面, 使工作面岩层软化以及裂隙活化等。如果煤层顶板中伪顶或复合顶板较厚, 在淋水后, 就会引起抽顶加速, 从而引发冒顶事故。

岩浆侵入也是导致顶板事故发生的主要原因之一, 由于岩浆的侵入, 会对岩层的稳定性以及连贯性造成影响, 并且岩浆凝固后形成的岩体一般不规则, 其前缘岩层常常会出现揉皱现象。岩浆侵入的规律以及分布特征不容易掌握, 如果没有合理的支护, 就会导致煤层顶板局部冒顶事故发生。

三、煤矿生产过程中防治工程地质问题的措施

首先, 需要根据煤矿生产的实际情况, 贯彻落实各项开采操作规程, 并不断的完善便于操作的作业细则, 制定相应的安全管理措施, 确保工作人员的安全。对于新开发的煤矿企业来说, 需要制定健全的地质灾害评估制度, 做好配套的地质治理措施, 消除地质灾害隐患。

其次, 要求煤矿企业在生产过程中不断总结经验, 及时的了解煤矿地质条件, 了解煤矿地质构造以及变化趋势, 以及断层分布、陷落柱分布范围等情况。在掘进前要对地质构造有明确的了解, 并做好相应的维护措施。

第三, 正确设计巷道的布置。根据地质勘探的结果, 尽可能的避开地质异常的区域, 一般可以使巷道与地质异常地带夹角向90°靠近。但是如果实在无法避开地质异常区域, 就必须采取科学有效的支护方式, 支护结构一般采用金属网或钢带, 但一些特殊的地带, 还需要用木桁架进行补充。

第四, 做好预测预报。在接近断层、煤层、软性岩层时, 应及时作出预测预报, 及时采取相应的施工工艺, 及时支护, 防止出现大面积的垮塌。

第五, 做好人员的培训, 提高施工人员的业务技能, 同时提高作业人员的安全意识, 杜绝违章作业。

总结

矿山顶板事故是煤矿事故中常见的事故形式, 在煤矿安全事故中占有很大的比重。引起顶板事故的原因主要包括矿山地质构造、顶板水、岩浆侵入、煤层顶板上下层岩性差异等, 所以在煤矿生产过程中, 需要及时的了解可能引起事故的因素, 并做好预测、预防工作。

摘要：由于矿山地质构造等的影响, 煤层稳定性会受到影响, 出现煤巷冒落等现象。本文介绍了煤矿顶板的分类, 分析矿山地质结构对煤层顶板的影响, 并提出了防治矿山地质问题的具体措施。

关键词：矿山地质构造,煤层顶板,影响

参考文献

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