潘二煤矿A组煤顶板稳定性地质影响因素研究

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煤层顶板稳定性是双高矿井开采的基本条件，矿井综采工作面的顺利进行要求有高质量顶板条件来保证。顶板条件受地质条件和采掘工程的影响，过去人们分别从岩石力学、沉积学和构造地质学等方面对顶板的性质和分类做了大量的工作，因此综合分析顶板岩层的岩性特征、层厚、沉积环境、工程力学性能以及顶板稳定性的影响因素等对于综采工作面设备选型、顶板管理和巷道支护等均有重大的意义。

1 地质概况

潘二煤矿A组煤地层上属于早二叠系下统山西组，地层厚68～83米，平均73米。底部以黑色海相泥岩与太原组灰岩分界，内含菱铁结核，富海相动物化石，是一套下三角洲平原沉积，它是在海湾的基础上发展起来的，经历了前三角洲～河口坝～三角洲前缘三个阶段。A组煤层（3煤、1煤）位于本组中下部。与下伏地层整合接触，3煤厚2.09～9.17米，平均5.07米，1煤厚度1.56～7.77米，平均3.78米，3煤和1煤层间距平均为1.5米。

2 煤层顶板地质条件

2.1 直接顶特征

（1）直接顶岩性和力学性能 A组煤上覆岩层主要由泥岩、粉砂岩，中细砂岩、细砂岩、砂质泥岩、花斑泥岩和铝质泥岩组成，其直接顶在不同采区岩性发育不一，东一采区与西四采区其直接顶为深灰色泥岩或砂质泥岩，中厚层状、块状，层内见较多的植化碎片及白云母碎片。西二采区其直接顶为灰白色中细砂岩、中粗砂岩，块状，层内夹少许泥质成分。直接顶的抗压强度一般为17～124Mpa，抗拉强度为0.2～8.9Mpa，直接顶与老顶粘结强度低，容易离层垮落。

（2）直接顶厚度变化 东一采区直接顶为泥岩或砂质泥岩，厚度0.2～14.7m，西二采区直接顶为中细砂岩，厚度为10～22m，西四采区直接顶为泥岩或砂质泥岩，厚度为0.7～15m，直接顶的沉积环境明显不同。

2.2 老顶特征

（1）老顶岩性和力学性能 A组煤老顶同样在不同采区岩性发育不一，东一采区与西四采区其老顶为粉砂岩，块状，层内见较多的植化碎片及白云母碎片。西二采区其老顶为泥岩或砂质泥岩，块状，层内夹少许泥质成分。老顶的抗压强度一般为5.7～107.1Mpa，抗拉强度为0.22～5.3Mpa。

（2）老顶厚度变化 东一采区老顶为粉砂岩，厚度2.7～22.7m，西二采区老顶为泥岩或砂质泥岩，厚度为1.2～20m，西四采区老顶为粉砂岩，厚度为1.4～13.7m，老顶的沉积环境也明显不同。

3 煤层顶板稳定性的影响因素

煤层上覆岩层的沉积环境控制了区内煤层顶板的整体稳定性及其展布规律，但煤层构造、顶板岩性组合和工程环境等许多因素均不同程度地影响着顶板稳定性的局部变化。

3.1 煤层小构造

（1）小断层。小断层在顶板中，尤其是脆性岩层的顶板中常常出现。这种落差小于煤厚的小断层，虽然对工作面布置关系不大，但对顶板的稳定性却影响很大。工作面中出现小断层时，不论是正断层还是逆断层，在断层下盘靠近断层面附近最易冒顶。这时断层面为薄弱面，工作面推进时，使下盘岩层与上盘岩层“离层”而发生冒落。

（2）裂隙。顶板中出现裂隙的多少，直接反映了顶板整体性和坚固性。在直接顶板分类中，把它作为计算强度指数的系数之一。裂隙越发育，密度越大，即它们的间距越小，顶板的稳定性就越差，冒落的可能性就越大。

（3）褶曲。小褶曲对顶板的稳定性也有较大的影响。一般认为，小褶曲的轴部裂隙发育，易于造成局部冒顶。

3.2 顶板岩性组合

顶板岩性的组合形式是反映顶板整体性的重要因素之一，组合形式越简单的岩层，整体稳定性越好，组合岩性越多样，越复杂，整体稳定性就越差，研究区内A组煤层顶板岩性组合主要有以下几种情况：

（1）顶板由单一厚层砂岩组成，砂岩岩性为中粒和细粒石英砂岩，这种顶板由于岩性单一，强度大，工程力学性能好，顶板稳定性好，但应防止周期来压。

（2）顶板由单一的泥岩、砂质泥岩或粉砂岩组成，此类顶板一般比较破碎，支护比较困难，容易形成冒顶，因此生产过程中应注意对此类顶板的管理。

（3）下部为中厚层状砂岩或薄层状砂岩，上部为泥岩、砂质泥岩或粉砂岩组成的下硬上软型顶板，此类顶板在开采过程中稳定性较好、且易于支护，但采后易发生顶板垮落，此类顶板应该说是一种比较理想的组合类型。

（4）下部和上部为泥岩、砂质泥岩和粉砂岩、中部则为薄层或中厚层状的砂岩组成的软-硬-软型顶板，此类顶板支护比较困难，采后不久上部顶板可能会全部垮落。

（5）下部为泥岩、砂质泥岩或粉砂岩、上部则为中厚层状或厚层状砂岩组成的下软上硬型顶板，此类顶板支护也比较困难，有时可能造成老顶周期来压现象。

3.3 工程环境

（1）初期回采造成的顶板难管理及工作面推进速度对顶板的影响，工作面从开切眼推进到初次来压后的距离内局部冒顶时常发生，造成回采工作中第一个月冒顶次数最多。顶板下沉量是回采过程中影响顶板稳定性的又一工程因素，相对小的顶板下沉量使顶板的状态改变量小，顶板易于维护，当顶板下沉量较大时，顶板完整性必然遭到破坏，工作面推进速度快可以缩短顶板悬露时间，降低顶板下沉量，从而起到保护顶板的效果。

4 结论

煤矿顶板稳定性综其上述得知，顶板冒顶的影响因素，这些因素有的可以人为的避免，而及时挽回重大经济损失和人员伤亡，在采煤过程中要及早的发现冒落前的一些微小变化，及时做好防范工作。对于地质条件较为复杂的工作面，要做好、做全地质报告，详细了解采煤区的地质构造情况，以便采矿人员地质人员等及时的发现预防。

为了有效防止地质构造引起的煤巷顶板冒落，保证煤矿生产的安全，建议采取以下几种防治措施。

（1）合实际情况，认真贯彻执行相关操作规程，并制定易于操作的实施细则，确保施工人员的安全。

（2）加强地质预报工作，对目前正在掘进或者回采的巷道，通过收集资料、打钻、电测等手段，查明地质构造的复杂程度和变化趋势、断层的延伸长度等，尽量在掘进前探明地质构造，提前做好顶板维护措施。

（3）尽量避开地质异常区，重新对巷道定向，或者使巷道与其尽可能接近900过程中不可能避开地质异常区，应采取妥善的支护方式，如采用钢带、金属网，特殊地带增设木行架等作为补充支护 。

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