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摘要:通过对坑柄矿的地质条件和煤层顶板条件分析,得出了影响煤層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》
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》