煤礦頂板事故與地質(zhì)構(gòu)造關(guān)系探討

摘 要：煤礦頂板事故是煤礦發(fā)生頻率最高、傷亡人數(shù)最多的事故，本方分析了煤礦生產(chǎn)中地質(zhì)構(gòu)造對煤巖層頂板的影響，闡述了防治煤礦頂板事故的預(yù)防措施，在實(shí)踐中正確指導(dǎo)煤礦安全生產(chǎn)工作。

關(guān)鍵詞：煤礦；地質(zhì)構(gòu)造；影響因素；預(yù)防措施

0 前言

在煤礦開采過程中，有時(shí)會(huì)發(fā)生采掘工作面頂板傷亡事故，對煤礦安全產(chǎn)生造成極大危害。頂板事故產(chǎn)生的原因是多方面的，與礦山地質(zhì)條件不清、生產(chǎn)技術(shù)管理、勞動(dòng)組織管理、作業(yè)人員的安全意識等因素有關(guān)，其中采動(dòng)使構(gòu)造面“活化”，從而影響煤巖層頂板的穩(wěn)定性和惡劣的地質(zhì)條件是造成頂板事故的根源。

1 地質(zhì)構(gòu)造特征

1.1 地質(zhì)概況

雙山礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造較為復(fù)雜，受大型地質(zhì)構(gòu)造控制的次一級小型地質(zhì)構(gòu)造伴生、次生、派生于大型地質(zhì)構(gòu)造之中，小斷層、小褶皺、復(fù)合頂較多，巖漿巖侵入現(xiàn)象非常常見，侵入體對煤巖層破壞極為嚴(yán)重，從而使構(gòu)造復(fù)雜化。受地質(zhì)構(gòu)造影響，使該區(qū)斷裂相當(dāng)發(fā)育，斷層交錯(cuò)產(chǎn)生，煤層賦存條件復(fù)雜、穩(wěn)定性極差，受構(gòu)造產(chǎn)蝕和推擠影響部位的煤層傾角、煤層厚度、煤層形態(tài)發(fā)生很大變化，煤層突破點(diǎn)較多，煤層結(jié)構(gòu)復(fù)雜化，部分地區(qū)分布有規(guī)模不等、數(shù)量較多的小煤包、藕節(jié)狀、瓜藤狀、雞窩狀煤層，煤層頂?shù)装宄霈F(xiàn)不協(xié)調(diào)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(xiàn)多發(fā)狀態(tài)，不利于轄區(qū)煤礦安全生產(chǎn)。

1.2 煤層頂?shù)装宓刭|(zhì)特征

煤層頂板穩(wěn)定性主要取決于靠近煤層之上3m以內(nèi)頂板巖層的穩(wěn)定性。雙山礦區(qū)主要可采煤層頂?shù)装逄卣魇牵河捕鹊汀⒐?jié)理、裂隙較為發(fā)育，以復(fù)合型頂板居多，夾有軟巖薄層。偽頂由炭質(zhì)泥巖、頁巖為主，厚度一般為0.1m-0.3m左右；直接頂由砂質(zhì)泥巖、泥質(zhì)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(zhì)泥巖附層為主，厚度為20m左右，巖石單向抗壓強(qiáng)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(xiàn)象，易發(fā)生頂板事故。

1.3 巷道圍巖特征

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

2 頂板事故的影響因素

2.1 地質(zhì)構(gòu)造對頂板事故的影響

地質(zhì)構(gòu)造是指地質(zhì)體存在的空間形式、狀態(tài)及相互關(guān)系，是地殼運(yùn)動(dòng)所造成的巖石變形、變位等現(xiàn)象。地質(zhì)構(gòu)造的基本形態(tài)包括褶皺和斷裂。

巖層的彎曲現(xiàn)象稱為褶皺，巖層在構(gòu)造運(yùn)動(dòng)作用下，改變了巖層的原始產(chǎn)狀，形成各式各樣的彎曲。褶皺是巖層塑性流動(dòng)或滑動(dòng)的結(jié)果，其構(gòu)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(nèi)部伴生一些小斷層、裂隙、節(jié)理等小構(gòu)造，造成局部煤巖層發(fā)生塑性變形，煤厚會(huì)產(chǎn)生急劇擠厚壓薄現(xiàn)象，巷道支護(hù)環(huán)境遭到破壞。

巖層受力后發(fā)生變形，當(dāng)作用力達(dá)到或超過巖層的強(qiáng)度極限時(shí)，巖層的連續(xù)完整性受到破壞，在巖層的一定部位和一定方向上產(chǎn)生斷裂。如果斷裂兩盤的巖石已發(fā)生了明顯的相對位移則稱斷層，接近斷層時(shí)，煤巖層發(fā)生急劇變化，煤巖層和頂?shù)装逯辛严讹@著增加，破壞了煤巖的連續(xù)性。在大斷層的二側(cè)伴生中小斷層、裂隙、揉皺、擠壓和破碎，常導(dǎo)致煤層厚度突增或壓薄，特別是小斷層密集范圍，在頂?shù)装鍘r層中產(chǎn)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(jié)構(gòu)發(fā)生了很大變化，破壞了煤巖層的連續(xù)性和均一性，巖漿以巖墻形式侵入煤巖體對煤質(zhì)影響較小，以巖床形式侵入煤巖體對煤質(zhì)影響范圍較大，巖漿的侵入導(dǎo)致煤巖的變質(zhì)程度增高，且變質(zhì)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(xiàn)特殊的揉皺現(xiàn)象、旋窩狀褶曲等構(gòu)造，巖漿性質(zhì)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(zhì)的規(guī)律，易發(fā)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(zhì)構(gòu)造及后期構(gòu)造變動(dòng)影響，破壞了巷道圍巖的原應(yīng)力狀態(tài)，使圍巖應(yīng)力進(jìn)行重新分布，導(dǎo)致圍巖產(chǎn)生形變、離層或破碎，煤層形態(tài)發(fā)生改變，引發(fā)頂板事故。比如：圍巖節(jié)理和劈理較發(fā)育；巖層以泥質(zhì)、粘土為主；煤層偽頂完整性差、強(qiáng)度低，層理發(fā)育的復(fù)合型直接頂；煤層傾角大，厚度急劇變化；煤巖結(jié)構(gòu)復(fù)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(jié)合地質(zhì)構(gòu)造和頂?shù)装逄卣鳎龊妙A(yù)測預(yù)報(bào)工作，制定針對性的支護(hù)方案

為了有效防止地質(zhì)構(gòu)造引起的頂板事故，確保煤礦的安全生產(chǎn)，技術(shù)人員要結(jié)合實(shí)際情況，針對工作面的地質(zhì)構(gòu)造和頂板特征，認(rèn)真編制作業(yè)規(guī)程，收集資料查明地質(zhì)構(gòu)造的復(fù)雜程度，制定祥細(xì)的地質(zhì)說明書。加強(qiáng)地質(zhì)預(yù)測預(yù)報(bào)工作，盡量避開地質(zhì)異常區(qū)，遇到地質(zhì)條件變化地段，重新對巷道定向，或采取行之有效的支護(hù)方式。

3.2 科學(xué)制定回采順序，改進(jìn)采煤工藝，確保對頂板的有效控制

加強(qiáng)礦井地質(zhì)工作，科學(xué)制定井巷施工和工作面回采順序，不斷改進(jìn)采、掘工藝，找出適合本礦不同地質(zhì)條件下的高效安全的采煤方法，確定一個(gè)合理的開采順序，嚴(yán)格按照由里向外、自上而下的順序組織開采，根據(jù)不同的地質(zhì)條件選用不同的頂板管理方法，不同時(shí)期采用不同支護(hù)形式，嚴(yán)格控制各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)，堅(jiān)持執(zhí)行各種規(guī)章制度和操作規(guī)程，做到科學(xué)順利回采。

4 結(jié)束語

認(rèn)真總結(jié)經(jīng)驗(yàn)和教訓(xùn)，分析頂板事故發(fā)生的原因和規(guī)律，掌握其與頂板事故的內(nèi)在聯(lián)系，充分認(rèn)識和了解礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造和頂?shù)装逄匦裕扇♂槍π缘拇胧鷮?shí)有效地抓好頂板事故的綜合治理，超前預(yù)防，就一定能杜絕頂板事故的發(fā)生，實(shí)現(xiàn)煤礦安全生產(chǎn)。

作者簡介：胡玉華（1964-），女，工程師，1985年畢業(yè)于遼源煤炭工業(yè)學(xué)校，煤田地質(zhì)與礦井地質(zhì)勘探專業(yè)。從事生產(chǎn)技術(shù)培訓(xùn)工作。