煤礦頂板事故與地質構造關系探討

摘 要：煤礦頂板事故是煤礦發生頻率最高、傷亡人數最多的事故，本方分析了煤礦生產中地質構造對煤巖層頂板的影響，闡述了防治煤礦頂板事故的預防措施，在實踐中正確指導煤礦安全生產工作。

關鍵詞：煤礦；地質構造；影響因素；預防措施

0 前言

在煤礦開采過程中，有時會發生采掘工作面頂板傷亡事故，對煤礦安全產生造成極大危害。頂板事故產生的原因是多方面的，與礦山地質條件不清、生產技術管理、勞動組織管理、作業人員的安全意識等因素有關，其中采動使構造面“活化”，從而影響煤巖層頂板的穩定性和惡劣的地質條件是造成頂板事故的根源。

1 地質構造特征

1.1 地質概況

雙山礦區地質構造較為復雜，受大型地質構造控制的次一級小型地質構造伴生、次生、派生于大型地質構造之中，小斷層、小褶皺、復合頂較多，巖漿巖侵入現象非常常見，侵入體對煤巖層破壞極為嚴重，從而使構造復雜化。受地質構造影響，使該區斷裂相當發育，斷層交錯產生，煤層賦存條件復雜、穩定性極差，受構造產蝕和推擠影響部位的煤層傾角、煤層厚度、煤層形態發生很大變化，煤層突破點較多，煤層結構復雜化，部分地區分布有規模不等、數量較多的小煤包、藕節狀、瓜藤狀、雞窩狀煤層，煤層頂底板出現不協調起伏圍巖破碎等，給采、掘工作頂布置、工作面頂板管理造成了極大困難，冒頂事故呈現多發狀態，不利于轄區煤礦安全生產。

1.2 煤層頂底板地質特征

煤層頂板穩定性主要取決于靠近煤層之上3m以內頂板巖層的穩定性。雙山礦區主要可采煤層頂底板特征是：硬度低、節理、裂隙較為發育，以復合型頂板居多，夾有軟巖薄層。偽頂由炭質泥巖、頁巖為主，厚度一般為0.1m-0.3m左右；直接頂由砂質泥巖、泥質頁巖和粉砂巖為主，厚度一般為采厚的3-5m左右；老頂以石英砂巖、粗粉砂巖和少量砂質泥巖附層為主，厚度為20m左右，巖石單向抗壓強度小于60MPa，巖層整體性較差。直接底為泥頁巖等松軟巖層組成，常造成底鼓和支柱插入底板等現象，易發生頂板事故。

1.3 巷道圍巖特征

巷道圍巖按穩定程度一般劃分為5類，即：Ⅰ類為非常穩定圍巖；Ⅱ類為穩定圍巖；Ⅲ類為中等穩定圍巖；Ⅳ類為不穩定圍巖；Ⅴ類為極不穩定圍巖。雙山礦區主要可采煤層頂板一般以泥巖為主，次之為砂質泥巖，個別為砂巖、粉砂巖，底板一般為粘土巖、泥巖、偶見細砂巖，局部裂隙較發育。圍巖性脆，受力易碎呈碎塊，受構造力影響部分巖芯破碎，多為Ⅲ類、Ⅳ類、Ⅴ類中等穩定以下圍巖為主。

2 頂板事故的影響因素

2.1 地質構造對頂板事故的影響

地質構造是指地質體存在的空間形式、狀態及相互關系，是地殼運動所造成的巖石變形、變位等現象。地質構造的基本形態包括褶皺和斷裂。

巖層的彎曲現象稱為褶皺，巖層在構造運動作用下，改變了巖層的原始產狀，形成各式各樣的彎曲。褶皺是巖層塑性流動或滑動的結果，其構造中的基本單元彎曲稱為褶曲。褶曲一般是水平擠壓力或水平擠壓剪切力作用形成，褶曲內部伴生一些小斷層、裂隙、節理等小構造，造成局部煤巖層發生塑性變形，煤厚會產生急劇擠厚壓薄現象，巷道支護環境遭到破壞。

巖層受力后發生變形，當作用力達到或超過巖層的強度極限時，巖層的連續完整性受到破壞，在巖層的一定部位和一定方向上產生斷裂。如果斷裂兩盤的巖石已發生了明顯的相對位移則稱斷層，接近斷層時，煤巖層發生急劇變化，煤巖層和頂底板中裂隙顯著增加，破壞了煤巖的連續性。在大斷層的二側伴生中小斷層、裂隙、揉皺、擠壓和破碎，常導致煤層厚度突增或壓薄，特別是小斷層密集范圍，在頂底板巖層中產生了薄弱面，對頂板管理危害極大。

2.2 巖漿侵入對頂板事故的影響

巖漿侵入煤層，使煤層原始結構發生了很大變化，破壞了煤巖層的連續性和均一性，巖漿以巖墻形式侵入煤巖體對煤質影響較小，以巖床形式侵入煤巖體對煤質影響范圍較大，巖漿的侵入導致煤巖的變質程度增高，且變質程度與侵入體的大小、厚度成正比。在侵入體前緣的煤巖層中出現特殊的揉皺現象、旋窩狀褶曲等構造，巖漿性質不同，對煤巖的影響也有差異，如果不能掌握巖漿侵入體分布的特征和接觸變質的規律，易發生頂板事故。

2.3 煤巖組合對頂板事故的影響

煤巖受到地質構造及后期構造變動影響，破壞了巷道圍巖的原應力狀態，使圍巖應力進行重新分布，導致圍巖產生形變、離層或破碎，煤層形態發生改變，引發頂板事故。比如：圍巖節理和劈理較發育；巖層以泥質、粘土為主；煤層偽頂完整性差、強度低，層理發育的復合型直接頂；煤層傾角大，厚度急劇變化；煤巖結構復雜的煤層中含有多層夾矸層等。

3 防治煤礦頂板事故的主要措施

3.1 結合地質構造和頂底板特征，做好預測預報工作，制定針對性的支護方案

為了有效防止地質構造引起的頂板事故，確保煤礦的安全生產，技術人員要結合實際情況，針對工作面的地質構造和頂板特征，認真編制作業規程，收集資料查明地質構造的復雜程度，制定祥細的地質說明書。加強地質預測預報工作，盡量避開地質異常區，遇到地質條件變化地段，重新對巷道定向，或采取行之有效的支護方式。

3.2 科學制定回采順序，改進采煤工藝，確保對頂板的有效控制

加強礦井地質工作，科學制定井巷施工和工作面回采順序，不斷改進采、掘工藝，找出適合本礦不同地質條件下的高效安全的采煤方法，確定一個合理的開采順序，嚴格按照由里向外、自上而下的順序組織開采，根據不同的地質條件選用不同的頂板管理方法，不同時期采用不同支護形式，嚴格控制各項技術指標，堅持執行各種規章制度和操作規程，做到科學順利回采。

4 結束語

認真總結經驗和教訓，分析頂板事故發生的原因和規律，掌握其與頂板事故的內在聯系，充分認識和了解礦區地質構造和頂底板特性，采取針對性的措施，扎實有效地抓好頂板事故的綜合治理，超前預防，就一定能杜絕頂板事故的發生，實現煤礦安全生產。

作者簡介：胡玉華（1964-），女，工程師，1985年畢業于遼源煤炭工業學校，煤田地質與礦井地質勘探專業。從事生產技術培訓工作。