东荣矿区地质构造与顶板事故的关系探究

张立民

（龙煤集团方圆建筑安装有限公司，黑龙江 双鸭山 155124）

前言

东荣矿区2006-2010年事故情况分析显示，发现顶板事故是本地区煤矿的主要灾害之一。冒顶事故的发生，多与矿山地质条件、生产技术和组织管理等多方面因素有关，其中自然地质环境和恶劣的地质条件是产生顶板事故的根本原因。通过剖析地质构造与顶板的关系，总结出以“科学预测，事先防范”为基本原则的顶板事故防治措施，正确指导煤矿安全生产工作。

1 东荣矿区地质构造特征

1.1 地质构造特征

东荣矿区地质构造复杂，区内断层、褶曲发育，伴生的小断层、小褶曲多，岩浆岩零星分布。由于地质构造的作用，使该区煤层的赋存状况极为复杂，煤层的稳定性极差，形态万千、煤厚悬殊，煤层顶底板出现不协调起伏，围岩破碎，容易引发冒顶事故，不利于安全生产。

1.2 煤层顶底板特征

东荣矿区煤层顶板主要特征是：硬度与韧性弱，伪顶以炭质泥岩为主，厚度一般为0.1-0.3m左右，直接顶基本上以泥岩和砂质泥岩和粉砂岩为主，厚度一般为3-5m左右，老顶基上以石英砂岩、少量粗粉砂岩、砂质泥岩覆层为主，厚度20-25m，暴露后易冒落，加之受复杂地质构造的影响，顶板十分破碎，容易引发冒顶事故。

1.3 巷道围岩特征

将煤矿巷道围岩划分为5类，I类为非常稳定围岩，由较少裂隙、较少节理厚层状石英砂岩、粗粉砂岩、辉灰绿岩、石英闪长玢岩等组成；Ⅱ类为稳定围岩，由较少裂隙、较少节理厚层状粉砂岩与砂质泥岩组成；Ⅲ类为中等稳定围岩，由少裂隙，少节理粉砂岩、砂质泥岩组成；IV类为不稳定围岩，由节理、裂隙较多的泥岩与砂质泥岩组成；V类为极不稳定围岩，由节理、裂隙较发育的泥岩及松软泥岩组成。东荣矿区巷道围岩以Ⅲ类、IV类和V类为主。

2 地质构造与顶板事故的关系

2.1 断裂构造与顶板事故

由于断层的存在，使煤、岩层断开，两侧岩块相对位移，破坏了煤层的连续性。断层广泛发育于不同构造环境中，类型很多，特别是构造复杂的矿区，其断距、破碎带大小不一，对围岩破坏程度也不同，破碎带是产生顶板事故的主要部位；另外，常在断层两侧出现牵引褶曲、揉皱、挤压和破碎等现象，煤层和顶、底板中裂隙也显著增加，且常导致煤层厚度突增或压薄，生产中该部位煤层暴露后容易产生冒顶事故；还有一些顶断底不断或底断顶不断的小断层及层间滑动构造部位，由于受到构造应力的作用，围岩易脱落，且脱落面积较大，没有预兆，也易发生顶板事故。

2.2 褶皱构造与顶板事故

褶皱构造是岩层在地质作用力的影响下，产生变形而形成波状弯曲且未失去连续性的构造形态。从地质力学分析，褶曲一般是水平挤压力或水平挤压剪切力作用形成，煤层要发生塑性流动或滑动，岩层受构造应力的作用，不同部位会产生一系列的裂隙、小断层、节理等内部小构造。特别是在褶曲轴部往往烈隙、节理更发育，岩层破碎，煤层暴露后吸水脱落，同时其轴部产状变化急剧，发生急剧挤压现象，回采中不易支护，易发生片帮及冒顶事故。其次褶曲轴部煤厚度易突变，掘进时易发生煤层垮落事故。

2.3 岩浆侵入与顶板事故

岩浆侵入不但破坏了煤层的连续性和完整性，而且岩浆侵入煤层所形成的岩体，其边缘极不规则，在侵人体前缘的煤(岩)层中往往出现特殊的揉皱现象，煤理紊乱，具有旋窝状褶曲等小构造。如果没有掌握岩浆侵入体分布的特征和接触变质的规律，如果支护不当，容易发生局部冒顶现象。

2.4 煤岩组合与顶板事故

经实践证实，通常易引发顶板事故的煤岩组合情况有：

围岩节理和劈理发育地段，易产生煤岩层脱落伤人，更易造成冒顶及垮帮事故；煤层伪顶完整性差，强度低，如果支护没有及时跟上，也极易产生顶板事故；岩层胶结物以泥质、粘土质为主的，容易产生顶板滑移和冒顶事故：

煤层厚度急剧变化地段造成顶板稳定性差，容易产生顶板事故；急倾斜煤层一旦发生局部冒顶时，由于顶板向下滑移，可能扩大成为大面积的冒顶；以沼泽相、泥炭沼泽相为主的煤岩组合，在原始沉积时部分沉积物的表层可能发生风化，这些地段容易发生冒顶；煤岩结构复杂的煤层中往往含有多层夹矸层，开采中易发生夹矸脱落伤人事故。

3 防治顶板事故对策分析

及时调整采煤方法，保证合理的暴露空间和回采顺序。要加强矿井地质工作和采煤方法的研究，不断改进，找出适合本矿山不同地质条件下的高效安全的采煤方法。要控制好采面顶板的稳定性，必须要有一个合理的开采顺序，严格按照由里往外由上自下的开采顺序进行作业。要根据不同的地质条件和采矿方法，严格控制采面暴露面积和采空区高度等技术指标，使采面在地压稳定期间采完。

科学合理地开拓设计、布置巷道。在充分查清矿区地质条件的基础上，井巷工程设计过程中，要避免在地质构造线附近布置巷道，因为垂直于地质构造线方向的压应力最大，是岩体产生变化和破裂的主要因素。要避免在断层、节理破碎带、泥化夹层等地质构造软弱面附近布置巷道。围岩的次生应力与原岩应力和侧压系数有关，应将巷道布置在顶板压力不会太集中、顶板稳定性较好的部位。

必须认真研究工作对象的地质构造和顶底板特性，掌握其与顶板事故的内在联系，做好预测预报工作。一是认真编制工作面作业规程，制定详细的地质说明书和顶板管理措施；二是根据生产实际情况的变化，及时提出修改和补充措施；三是遇到地质条件特殊地段，如断层、褶曲、挤压带和顶板特别破碎地点，要采取与之相适应的特殊支护方式。

搞好班组建设，充分发挥班组长在煤矿顶板管理中的作用。班组是煤矿安全生产工作贯彻落实的落脚点，是降低事故发生率的关键点。队长和班组长既是生产一线的指挥官、又是战斗员，接触生产一线的时间长，对井下情况、顶板情况、自然条件的变化、出现的难点问题等最早知道。必须充分发挥班组长作用，切实加强班组建设，加强班组长的培训和安全教育，提高他们的业务素质和安全管理水平，使他们在生产一线出现安全隐患时，能够正确判断，及时果断处理，避免顶板事故的发生。

强化现场管理及生产技术管理。对顶板的检查与处理，是一项经常性而又十分重要的工作。技术人员要观测摸索本矿区不同岩石岩移的规律。科学地掌握顶板情况，在构造带附近的井巷工程、掘进面迎头、采煤面上下出口、切眼口，顺槽三角区等地点，要制定与之相适应的有效防范措施，加强支护。管理人员要经常深入生产第一线，明确职责，及时发现、解决顶板问题。

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