从地质角度分析综采工作面局部冒顶的原因

1从地质角度分析综采工作面局部冒顶的原因郝其华(陕西省铜川工业技术学院陕西铜川邮编：727000)摘要：本文详细介绍了从地质角度分析综采工作面局部冒顶的原因并对预防及应对措施进行了详细阐述。关键词：层理地质构造顶板冒顶一、层理对局部冒顶的影响层理是煤系岩石在沉积过程中，由于沉积物的成分、粒度和胶接物等到的变化而形成的岩层分界面。此分界面之间的粘结力常比受到胶接作用的岩层内部的粘结力小，因此层理面在不同程度上是一种弱面。层理对岩体破坏过程的影响主要表现为岩石容易沿层理面出现离层裂隙，使岩块母块分离而造成冒落。所以工作面中常遇到岩块沿明显的层理裂隙脱落，造成局部冒顶事故。在回采过程中，岩石的离层通常是由直接顶的下部岩层向上部岩层发展，生产往往易于产生离层、冒顶的一般为工作面上部的伪顶部分，在工作面有压力的情况下，该层顶板就沿层理面与母岩离开，产生冒落，这就是我们常说蹋零皮现象。例如我矿现采的３＃层３０５盘区８５１１工作面就是这种状况，随着回采工作面的推进，周期来压也较明显，这样就更易于冒顶。根据目前的研究，影响岩体离层性质的基本因素有：１、层理面的性质。水平层理、层理面平整而光滑的斜交层理、波状层理和层理面粗糙而不夹带的容易产生离层。２、岩石的强度性质。随着岩石的单向抗压强度降低，其抗2拉强度也降低，通常在其他条件相同时岩石强度越小越容易离层。３、分层厚度。当岩石的抗压强度相同时，由于层理面造成的分层百度越小，则越容易离层和冒落。如岩石抗压强度下同，则强度小而分层厚度大的岩石以和强度大而分层厚度小的岩石具有同样的离层和冒落性能。４、岩层结构特征。软硬岩层交互存在时，容易引起软岩层与其上部坚硬岩层产生离层。虽然是厚而较均质的硬岩层，当其中含有软岩或煤的薄夹层时也能引起这种岩石的离层。我矿工７＃层８３０８工作面，也是这种状况。如沿层理面有大量植物化石，也能造成离层或局部冒顶。此外，水的存在增加了层理面的润滑，也是促进离层的因素。层理面不仅造成岩层在垂直方向的离层和松散，而且在岩层弯曲下沉过程中还发现岩层之间层理面产生错动。由上所述，可以看出层理对局部冒顶的影响。为了避免离层层理造成冒顶事帮，应注意研究顶板岩层性质，各岩层相互组合情况和结构特征，以便采取相应的对策。同时加强支架管理，使支架接顶好，移架速度快，加快回采速度，使顶板产生压力甩在古塘。二、裂隙对顶板的影响裂隙显然属于岩体的“弱面”，从顶板管理角度看，它可分为自然裂隙、采动裂隙两大类。3自然裂隙中对顶板冒落性能有重大影响的是节理裂隙，它是岩体在同一时期由同一构造力作用造成的相互平等或大致平行的裂隙系。节理裂隙的出现往往不是一组，通常将其中发育最明显的一组称为主节理，它对岩石冒落起到主要影响作用。节理裂隙在软岩中出现得比较密集，且岩石结构越均质和致密，颗粒越小，则形成的节理面越光滑，在井下常因岩块沿节理裂隙滑落而造成冒顶片帮。例如我矿工７＃层４０６盘区各工作面由于受主向斜形成节理裂隙带的影响，造成工作面漏顶事帮，最多出现漏顶嘴个月。为了防止顶板沿节理面滑落，除控制煤壁与主节理裂隙方向的交角以外，还应注意工作面推进方向与主节理倾向的关系。根据现场观察，当工作面对着节理倾向推进时，被裂隙切割的岩块象瓦片那样一块搭靠在另一块上，帮岩块的重量有一部分将由煤壁支托，与工作面顺着节理推进的情况相比，这时煤壁上支撑压力稍大，但工作面压力却不大，故顶板状况良好；反之顶板容易裂开和下沉，支架受载大而工作面冒顶事故频繁。由于节理裂隙面上摩擦力的大小与裂隙面倾角增大时摩擦力将变小，因此下论主节理裂隙倾向与煤壁关系如何，总是倾角越大，岩块越容易冒落。采动裂隙是由于煤壁前方支撑压力的作用所引起的。这种裂隙往往超前煤壁５～１５米已形成，而且由于某种原因是剪应力作用所引起，故断裂面呈闭合状态。到了工作空间上方，由于4岩块的离散，裂隙可逐渐张开，压力裂隙所造成的岩层通常倾向于煤壁，其断裂角的大小与岩层性质有关，一般在软岩中较小、硬岩中较大。当工作面对着节理裂隙和倾向推进时，由于压力裂隙与节理裂隙相互交切，可以使顶板形成许多楔形人，这是冒落的“三角石”。其特点是靠采空区一侧往往是光滑的节理面，而靠煤壁一侧会由于压力裂隙而造成的不平整的断裂面，如果工作面推进方向与节理裂隙倾向一致，则在采动作用影响到下可能不出现新的裂缝，而是使岩块沿着原有的“弱面”————节理裂隙进一步离散，出现张开的裂缝或断裂的岩块彼此产生相对滑移，使工作空间出现所谓的“台阶状下沉”。如不采取措施，会有发生大冒顶的危险。为了避免节理裂隙造成冒顶事故，行之有效的措施之一是将工作面布置成与节理方向成１５。～２０。的交角。三、地质构造的破坏对顶板的影响地质现象中的断层、褶曲也是引起局部冒顶的一个产要原因。主要是形成这些地质现象过程中，煤岩层经受地质变化形成的局部破碎带，当工作面采到破碎带位置时由于受采动的影响，往往造成冒顶事故。通常情况下，根据断层的规模、断层面倾角大小及工作面推进改革方向与断层面倾向关系下同，断层线附近发生冒顶的危险地点和危险程度不同。一般情况下，工作面易发生局部冒顶事故是遇到小型断层，5因为大型的断层一般在工作面开采前已预先测知，且大多提前采取了措施，而小断层往往在工作面推进过程中才被发现。地质构造运动造成的断层不仅使岩层沿断裂面产生程度不同的位移。断层面上的连结力大大减弱，而且在主要断层每侧形成大量的“伴生裂隙”，从而造成岩石破碎带。显然，大中型断层比小断层所受地质构造应力大，形成破碎带宽度大，但同样规模的断层，因断层面倾角大小不同，它在工作面显现的破碎带宽度也不同。一般情况下，断层面倾角小，在工作面出现的破碎带宽度大，冒顶的危险程度也大。工作面遇断层时，顶板发生冒顶的危险程度通常与断层走向和工作面的交角有关，交角越小，蘧易发生冒顶。因为交角小，回采过程中断层一次性暴露面太大，可能产生冒顶的危险性也大。同时，工作面推进方向与工作面倾角也有一定关系。１、当工作面遇到倾斜断层并由断层下盘向上盘推进时，由于顶板岩层重量沿断层面的垂直分力指向工作空间，所以工作空间上方一端在采空区被切断和另一端被断层面切断的顶板岩层的重量得不到煤体的支托而全部作用在支架上，当工作面由断层的下盘向上盘推进时，往往是在工作面过断层之前发生冒顶的危险性最大。相反地，当由断层上盘向下盘推进时，在过断层前已断裂的岩层重量可部分地传递到断层下盘而减轻支架载荷，从而减小冒顶的危险程度。6根据我矿井下实际观察，上述两种情况发生漏顶的可能性均有不同程度的存在，但后一种情况要比前一种情况发生垮顶的机会小得多，也就是说在条件许可的范围内，我们在过断层时应首先选择由断层的上盘向下盘推进的采煤方法。另外，在过断层时要强调支架的初撑力、前探梁的接顶程度，加强支护力度，严防漏顶，影响生产。２、当工作面内存在走向断层时，通常也是断层面的下方为冒顶危险区。根据我矿采煤的实践经验，在工作面存在走向断层时，在进入断层前顶板就有明显的反应，表现在顶板横纵向节理增多、增大。在进入断层时由于受到断层而及地质应力的影响，在断层两侧的２０～３０米范围内顶板极易垮落，支护不及时、移镏、移支架等都会造成顶板垮落影响生产。除断层外，小型急剧的褶曲，或在煤厚突变的地方，顶板受到地应力的挤压，扭曲均会造成不同程度的顶板垮落事故。总之，为了有效地防止地质破坏造成的冒顶事故，我们加强了采区地质工作，利用一切行之有效的手段探测前方可能出现的各种构造，在预测预报后加强学习和认识，收到了较好的效果。