1、影響煤礦頂板事故的地質因素         摘要：煤礦頂板事故是煤礦發生頻率最高、死亡人數最多的傷害事故，為有效預防煤礦頂板事故，本文分析了煤層頂底板巖性組合、地質構造、節理和裂隙、煤層賦存特征及地下水等地質因素對煤礦頂板事故的影響，論述了較典型的煤礦復合頂板推垮型冒頂、傾向斷層壓垮型冒頂和漏垮型冒頂發生的原因及預防措施。關鍵詞：煤礦；煤層頂板；頂板事故；地質因素；影響由于煤礦生產環境的特殊性，煤礦企業傷亡人數占國內工業死亡人數的60以上，煤礦企業事故原因較多，究其根本原因是人們對煤礦企業生產的環境條件認識不足，致

2、使相應的法律制度無法健全、管理方法不能完善、技術手段難以提高。為充分發揮人們的主觀能動性，適應地質規律，本文淺析影響煤礦頂板事故的地質因素。國營重點煤礦中，頂板事故死亡人數占全部死亡人數的40-45，而工作面頂板事故占頂板事故的70左右。保證工作面不發生冒頂事故的直接維護對象是直接頂，老頂巖層斷裂引起的老頂巖塊失穩(滑落失穩、變形失穩)也是通過直接頂對支架施加作用力，大部分頂板事故是直接頂本身失穩引起的；直接頂內裂隙發育情況、離層狀態及老頂巖塊回轉對直接頂應力狀態均有影響。1、直接頂的分類和老頂的分級對直接頂分類是為了反應控制直接頂的難易程度。直接頂分類的主要指標是直接頂強度指數(D)，由于強

3、度指數在井下較難測定，而用直接頂初次垮落步距作為直接頂分類的參考指標。強度指數：D10Rc×C1×C2其中：R2巖石單向抗壓強度，MN/m2；C1節理裂隙間距影響系數；C2巖石分層厚度影響系數。袁莊煤礦31煤層直接頂Rc一般為15.2-60MN/m2，直接頂節理裂隙間距I為0.3-0.5m，對應的系數C1為0.37，頂板巖石分層厚度h為0.3-0.4m，對應的系數C2為0.28，直接頂強度指數D為15.7-62.2。因此，該礦直接頂屬于不穩定到中等穩定頂板，直接頂初次垮落步距一般為6-15米；穩定和堅硬的直接頂較少見。老頂的分級主要反映老頂來壓時的強度顯現分級的指標為N(直

4、接頂厚h與采高M的比值)和老頂周期來壓步距L。袁莊煤礦31煤直接頂厚一般為采高的1-4倍，老頂來壓強度一般為不明顯到明顯，很少有強烈來壓。2、影響頂板事故的地質因素2.1煤層頂板巖性及巖層組合由于沉積環境的變化，造成煤層頂板巖性不穩定，頂板中經常含有煤線和炭質泥巖，形成復合頂板(見圖1)。典型的復合頂板有下列特征：頂板由下“軟”上“硬”不同巖性的巖層組成，“軟”“硬”巖層間夾有煤線或薄層軟巖下部“軟”巖可以為一個整層或幾個分層，總厚一般為0.5-3.0m。開采復合頂板煤層，工作面易發生冒頂事故，冒頂類型多為推垮型冒頂，發生復合頂板推垮型冒頂必須同時具備以下幾個條件：離層。有軟弱面(煤線)，即煤

5、體開采后，頂板滑面產生，復合頂板軟硬巖層下沉不一致，軟巖離層，脫離頂板。由于地質構造、巷道布置等原因，下部軟巖中斷裂出一個六面體。去路。與六面體相鄰的某一部分已冒空、采空或復合頂板下部軟巖尖滅。傾角。由于傾角較大，離層后的六面體向下方產生具大推力，六面體向自由空間的推力大于阻力，六面體滑動推垮支架而發生冒頂事故(見圖2)。袁莊煤礦3145工作面1999年1月2次垮面，都是由于支撐力不夠，頂板破碎，局部漏空，使上覆巖體形成游離六面體，而造成推垮工作面。復合頂板推垮型冒頂多發生在頂板較軟地段、地質破碎帶、構造尖滅處、傾角較大時、頂板淋水地段、開切眼附近、老巷處、掘進破壞復合頂板地點、局部冒頂處和工

6、作面仰采時。預防復合頂板推垮型冒頂發生的根本措施就是消除形成復合頂板推垮型冒頂的條件，具體預防措施有：控制漏頂，消除巖體去路；實行炮前、回柱前、抵車回柱后“三補液”，加強支柱初撐力；在工作面材料道使一排順山托棚，穩固支柱，增強工作阻力。以上三點，可有效控制頂板，防止復合頂推垮型冒頂的發生。         2.2斷層和褶曲斷層破壞了頂板的完整性，因而斷層附近易發生局部漏冒型冒頂，同時斷層的存在也改變了初次放頂、初次來壓和周期來壓的步距。褶曲有時會改變應力分布，從而改變工作面區域頂板的受力狀態，大褶曲僅只是造成煤層發

7、生變化，對工作面頂板壓力影響較小，而小褶曲可能使頂板局部破碎，易冒頂。大斷層兩側，往往伴生雁行中小斷層和裂隙，基產狀與主斷層相近似，這些小斷層賦存在煤層頂板叫頂壓，在底板稱底凸。頂底板中的小斷層延伸至松軟煤層時往往消失或斷距減小，這種現象在頂底板為厚層狀砂巖的工作面猶為常見。盡管小斷層不影響工作面布置和回采，但在頂板巖層中產生了弱面，特別是小斷層密集區段，不同傾向的兩條斷層可產生離層三角巖塊，對頂板管理危害極大。若直接頂不足采高的2-4倍，直接頂冒落不能填滿采空區，老頂來壓時，當頂板中存在平行于工作面的斷層時，斷層切斷頂板，改變了應力分布，起不到懸梁護頂的作用，老頂回轉巖塊下方負荷集中的“吃勁

8、”柱處，極易發生壓垮型冒頂(見圖3)。因此，遇到平行工作面的傾向斷層時，應加強支護，擴大工作面控頂距，采取一些特殊的過斷層措施，不得正常回柱。斜交和走向斷層在工作面方向上距離短，比傾向斷層安全程度好。2.3層間滑動巖層中應力分布的不均衡和應力差異的新平衡，產生了褶曲和斷層。煤層是比較松軟的巖層，它的抗壓、抗拉、抗剪強度較巖層小得多，在地應力作用下容易產生變形和滑動。巖層間的位移，往往利用煤層作中介面，通過層間滑動達到應力新平衡。層滑構造使煤層滑動、揉褶是伴隨巖層褶曲和斷裂同時產生的一種地質現象，其影響范圍可達數采區，也可僅為工作面的某一小局部。復合頂板各巖層力學性質相差懸殊，亦能隨煤層發生層間

9、滑動，泥巖可被揉成團狀，粉砂巖成光亮滑面的順層透鏡體，滑面上布有擦痕和炭質薄膜，滑動強烈時可產生光滑的摩擦鏡面。層滑構造使煤層頂板巖層破碎，滑面發育，原生層間結構被破壞，強度降低，層間結合松弛，容易離層脫落，管理困難。2.4擠壓帶和破碎帶擠壓帶是煤層受擠壓局部變薄或變厚的地帶。工作面經過煤層變薄帶，由于頂板巖層下壓，極易離層和破裂，并可能發生頂板短時急劇下沉，易冒頂。破碎帶是指巖石和煤層突然破碎的地帶。破碎帶往往與擠壓因素有關，也可能自然生成，工作面經過破碎帶將給頂板管理帶來許多困難。          

10、            2.5節理和裂隙由于原生或地質構造影響，無論煤層還是頂板巖層中，均存在大量的節理和裂隙，煤層頂板中的多組交叉裂隙將頂板切成各種形狀具有光滑破裂面的離散孤立巖塊，爆破落煤后，如支護不及時，極易發生局部冒頂和片幫。在煤層傾角較大時，如支護性能較差，可在無任何預兆的情況下，頂板突然冒落，造成大面積漏垮型冒頂。2.6煤層傾角隨著煤層傾角增加，頂板下沉量將逐漸減小。由于傾角增大，采空區頂板冒落的矸石不一定留在原地，很可能沿著底板滑移，從而改變上覆巖層的運動規律(見圖4)。在同樣的條件下，采用沿傾斜向下推進的傾斜長壁工作面(俯采)，由于頂板內部存在指向煤壁的壓力，易在上覆巖石中形成對工作面的高壓結構。2.7“不穩定巖塊”“不穩定巖塊”是指斷層三角塊、同生結核和砂巖包裹體等。存在于煤層頂板的這些巖塊因原生沉積或構造原因生成，巖塊與圍巖結合很差，又破壞了煤層頂板的原生結