東榮礦區地質構造與頂板事故的關系探究

張立民

（龍煤集團方圓建筑安裝有限公司，黑龍江 雙鴨山 155124）

前言

東榮礦區2006-2010年事故情況分析顯示，發現頂板事故是本地區煤礦的主要災害之一。冒頂事故的發生，多與礦山地質條件、生產技術和組織管理等多方面因素有關，其中自然地質環境和惡劣的地質條件是產生頂板事故的根本原因。通過剖析地質構造與頂板的關系，總結出以“科學預測，事先防范”為基本原則的頂板事故防治措施，正確指導煤礦安全生產工作。

1 東榮礦區地質構造特征

1.1 地質構造特征

東榮礦區地質構造復雜，區內斷層、褶曲發育，伴生的小斷層、小褶曲多，巖漿巖零星分布。由于地質構造的作用，使該區煤層的賦存狀況極為復雜，煤層的穩定性極差，形態萬千、煤厚懸殊，煤層頂底板出現不協調起伏，圍巖破碎，容易引發冒頂事故，不利于安全生產。

1.2 煤層頂底板特征

東榮礦區煤層頂板主要特征是：硬度與韌性弱，偽頂以炭質泥巖為主，厚度一般為0.1-0.3m左右，直接頂基本上以泥巖和砂質泥巖和粉砂巖為主，厚度一般為3-5m左右，老頂基上以石英砂巖、少量粗粉砂巖、砂質泥巖覆層為主，厚度20-25m，暴露后易冒落，加之受復雜地質構造的影響，頂板十分破碎，容易引發冒頂事故。

1.3 巷道圍巖特征

將煤礦巷道圍巖劃分為5類，I類為非常穩定圍巖，由較少裂隙、較少節理厚層狀石英砂巖、粗粉砂巖、輝灰綠巖、石英閃長玢巖等組成；Ⅱ類為穩定圍巖，由較少裂隙、較少節理厚層狀粉砂巖與砂質泥巖組成；Ⅲ類為中等穩定圍巖，由少裂隙，少節理粉砂巖、砂質泥巖組成；IV類為不穩定圍巖，由節理、裂隙較多的泥巖與砂質泥巖組成；V類為極不穩定圍巖，由節理、裂隙較發育的泥巖及松軟泥巖組成。東榮礦區巷道圍巖以Ⅲ類、IV類和V類為主。

2 地質構造與頂板事故的關系

2.1 斷裂構造與頂板事故

由于斷層的存在，使煤、巖層斷開，兩側巖塊相對位移，破壞了煤層的連續性。斷層廣泛發育于不同構造環境中，類型很多，特別是構造復雜的礦區，其斷距、破碎帶大小不一，對圍巖破壞程度也不同，破碎帶是產生頂板事故的主要部位；另外，常在斷層兩側出現牽引褶曲、揉皺、擠壓和破碎等現象，煤層和頂、底板中裂隙也顯著增加，且常導致煤層厚度突增或壓薄，生產中該部位煤層暴露后容易產生冒頂事故；還有一些頂斷底不斷或底斷頂不斷的小斷層及層間滑動構造部位，由于受到構造應力的作用，圍巖易脫落，且脫落面積較大，沒有預兆，也易發生頂板事故。

2.2 褶皺構造與頂板事故

褶皺構造是巖層在地質作用力的影響下，產生變形而形成波狀彎曲且未失去連續性的構造形態。從地質力學分析，褶曲一般是水平擠壓力或水平擠壓剪切力作用形成，煤層要發生塑性流動或滑動，巖層受構造應力的作用，不同部位會產生一系列的裂隙、小斷層、節理等內部小構造。特別是在褶曲軸部往往烈隙、節理更發育，巖層破碎，煤層暴露后吸水脫落，同時其軸部產狀變化急劇，發生急劇擠壓現象，回采中不易支護，易發生片幫及冒頂事故。其次褶曲軸部煤厚度易突變，掘進時易發生煤層垮落事故。

2.3 巖漿侵入與頂板事故

巖漿侵入不但破壞了煤層的連續性和完整性，而且巖漿侵入煤層所形成的巖體，其邊緣極不規則，在侵人體前緣的煤(巖)層中往往出現特殊的揉皺現象，煤理紊亂，具有旋窩狀褶曲等小構造。如果沒有掌握巖漿侵入體分布的特征和接觸變質的規律，如果支護不當，容易發生局部冒頂現象。

2.4 煤巖組合與頂板事故

經實踐證實，通常易引發頂板事故的煤巖組合情況有：

圍巖節理和劈理發育地段，易產生煤巖層脫落傷人，更易造成冒頂及垮幫事故；煤層偽頂完整性差，強度低，如果支護沒有及時跟上，也極易產生頂板事故；巖層膠結物以泥質、粘土質為主的，容易產生頂板滑移和冒頂事故：

煤層厚度急劇變化地段造成頂板穩定性差，容易產生頂板事故；急傾斜煤層一旦發生局部冒頂時，由于頂板向下滑移，可能擴大成為大面積的冒頂；以沼澤相、泥炭沼澤相為主的煤巖組合，在原始沉積時部分沉積物的表層可能發生風化，這些地段容易發生冒頂；煤巖結構復雜的煤層中往往含有多層夾矸層，開采中易發生夾矸脫落傷人事故。

3 防治頂板事故對策分析

及時調整采煤方法，保證合理的暴露空間和回采順序。要加強礦井地質工作和采煤方法的研究，不斷改進，找出適合本礦山不同地質條件下的高效安全的采煤方法。要控制好采面頂板的穩定性，必須要有一個合理的開采順序，嚴格按照由里往外由上自下的開采順序進行作業。要根據不同的地質條件和采礦方法，嚴格控制采面暴露面積和采空區高度等技術指標，使采面在地壓穩定期間采完。

科學合理地開拓設計、布置巷道。在充分查清礦區地質條件的基礎上，井巷工程設計過程中，要避免在地質構造線附近布置巷道，因為垂直于地質構造線方向的壓應力最大，是巖體產生變化和破裂的主要因素。要避免在斷層、節理破碎帶、泥化夾層等地質構造軟弱面附近布置巷道。圍巖的次生應力與原巖應力和側壓系數有關，應將巷道布置在頂板壓力不會太集中、頂板穩定性較好的部位。

必須認真研究工作對象的地質構造和頂底板特性，掌握其與頂板事故的內在聯系，做好預測預報工作。一是認真編制工作面作業規程，制定詳細的地質說明書和頂板管理措施；二是根據生產實際情況的變化，及時提出修改和補充措施；三是遇到地質條件特殊地段，如斷層、褶曲、擠壓帶和頂板特別破碎地點，要采取與之相適應的特殊支護方式。

搞好班組建設，充分發揮班組長在煤礦頂板管理中的作用。班組是煤礦安全生產工作貫徹落實的落腳點，是降低事故發生率的關鍵點。隊長和班組長既是生產一線的指揮官、又是戰斗員，接觸生產一線的時間長，對井下情況、頂板情況、自然條件的變化、出現的難點問題等最早知道。必須充分發揮班組長作用，切實加強班組建設，加強班組長的培訓和安全教育，提高他們的業務素質和安全管理水平，使他們在生產一線出現安全隱患時，能夠正確判斷，及時果斷處理，避免頂板事故的發生。

強化現場管理及生產技術管理。對頂板的檢查與處理，是一項經常性而又十分重要的工作。技術人員要觀測摸索本礦區不同巖石巖移的規律。科學地掌握頂板情況，在構造帶附近的井巷工程、掘進面迎頭、采煤面上下出口、切眼口，順槽三角區等地點，要制定與之相適應的有效防范措施，加強支護。管理人員要經常深入生產第一線，明確職責，及時發現、解決頂板問題。

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