東榮礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造與頂板事故的關(guān)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(qū)2006-2010年事故情況分析顯示，發(fā)現(xiàn)頂板事故是本地區(qū)煤礦的主要災(zāi)害之一。冒頂事故的發(fā)生，多與礦山地質(zhì)條件、生產(chǎn)技術(shù)和組織管理等多方面因素有關(guān)，其中自然地質(zhì)環(huán)境和惡劣的地質(zhì)條件是產(chǎn)生頂板事故的根本原因。通過剖析地質(zhì)構(gòu)造與頂板的關(guān)系，總結(jié)出以“科學(xué)預(yù)測，事先防范”為基本原則的頂板事故防治措施，正確指導(dǎo)煤礦安全生產(chǎn)工作。

1 東榮礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造特征

1.1 地質(zhì)構(gòu)造特征

東榮礦區(qū)地質(zhì)構(gòu)造復(fù)雜，區(qū)內(nèi)斷層、褶曲發(fā)育，伴生的小斷層、小褶曲多，巖漿巖零星分布。由于地質(zhì)構(gòu)造的作用，使該區(qū)煤層的賦存狀況極為復(fù)雜，煤層的穩(wěn)定性極差，形態(tài)萬千、煤厚懸殊，煤層頂?shù)装宄霈F(xiàn)不協(xié)調(diào)起伏，圍巖破碎，容易引發(fā)冒頂事故，不利于安全生產(chǎn)。

1.2 煤層頂?shù)装逄卣?/h3>

東榮礦區(qū)煤層頂板主要特征是：硬度與韌性弱，偽頂以炭質(zhì)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(zhì)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(zhì)泥巖覆層為主，厚度20-25m，暴露后易冒落，加之受復(fù)雜地質(zhì)構(gòu)造的影響，頂板十分破碎，容易引發(fā)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(wěn)定圍巖，由較少裂隙、較少節(jié)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(wěn)定圍巖，由較少裂隙、較少節(jié)理厚層狀粉砂巖與砂質(zhì)泥巖組成；Ⅲ類為中等穩(wěn)定圍巖，由少裂隙，少節(jié)理粉砂巖、砂質(zhì)泥巖組成；IV類為不穩(wěn)定圍巖，由節(jié)理、裂隙較多的泥巖與砂質(zhì)泥巖組成；V類為極不穩(wěn)定圍巖，由節(jié)理、裂隙較發(fā)育的泥巖及松軟泥巖組成。東榮礦區(qū)巷道圍巖以Ⅲ類、IV類和V類為主。

2 地質(zhì)構(gòu)造與頂板事故的關(guān)系

2.1 斷裂構(gòu)造與頂板事故

由于斷層的存在，使煤、巖層斷開，兩側(cè)巖塊相對位移，破壞了煤層的連續(xù)性。斷層廣泛發(fā)育于不同構(gòu)造環(huán)境中，類型很多，特別是構(gòu)造復(fù)雜的礦區(qū)，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(chǎn)生頂板事故的主要部位；另外，常在斷層兩側(cè)出現(xiàn)牽引褶曲、揉皺、擠壓和破碎等現(xiàn)象，煤層和頂、底板中裂隙也顯著增加，且常導(dǎo)致煤層厚度突增或壓薄，生產(chǎn)中該部位煤層暴露后容易產(chǎn)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(gòu)造部位，由于受到構(gòu)造應(yīng)力的作用，圍巖易脫落，且脫落面積較大，沒有預(yù)兆，也易發(fā)生頂板事故。

2.2 褶皺構(gòu)造與頂板事故

褶皺構(gòu)造是巖層在地質(zhì)作用力的影響下，產(chǎn)生變形而形成波狀彎曲且未失去連續(xù)性的構(gòu)造形態(tài)。從地質(zhì)力學(xué)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(fā)生塑性流動或滑動，巖層受構(gòu)造應(yīng)力的作用，不同部位會產(chǎn)生一系列的裂隙、小斷層、節(jié)理等內(nèi)部小構(gòu)造。特別是在褶曲軸部往往烈隙、節(jié)理更發(fā)育，巖層破碎，煤層暴露后吸水脫落，同時其軸部產(chǎn)狀變化急劇，發(fā)生急劇擠壓現(xiàn)象，回采中不易支護，易發(fā)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(fā)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(xù)性和完整性，而且?guī)r漿侵入煤層所形成的巖體，其邊緣極不規(guī)則，在侵人體前緣的煤(巖)層中往往出現(xiàn)特殊的揉皺現(xiàn)象，煤理紊亂，具有旋窩狀褶曲等小構(gòu)造。如果沒有掌握巖漿侵入體分布的特征和接觸變質(zhì)的規(guī)律，如果支護不當(dāng)，容易發(fā)生局部冒頂現(xiàn)象。

2.4 煤巖組合與頂板事故

經(jīng)實踐證實，通常易引發(fā)頂板事故的煤巖組合情況有：

圍巖節(jié)理和劈理發(fā)育地段，易產(chǎn)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(chǎn)生頂板事故；巖層膠結(jié)物以泥質(zhì)、粘土質(zhì)為主的，容易產(chǎn)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(wěn)定性差，容易產(chǎn)生頂板事故；急傾斜煤層一旦發(fā)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(fā)生風(fēng)化，這些地段容易發(fā)生冒頂；煤巖結(jié)構(gòu)復(fù)雜的煤層中往往含有多層夾矸層，開采中易發(fā)生夾矸脫落傷人事故。

3 防治頂板事故對策分析

及時調(diào)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(zhì)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(zhì)條件下的高效安全的采煤方法。要控制好采面頂板的穩(wěn)定性，必須要有一個合理的開采順序，嚴(yán)格按照由里往外由上自下的開采順序進行作業(yè)。要根據(jù)不同的地質(zhì)條件和采礦方法，嚴(yán)格控制采面暴露面積和采空區(qū)高度等技術(shù)指標(biāo)，使采面在地壓穩(wěn)定期間采完。

科學(xué)合理地開拓設(shè)計、布置巷道。在充分查清礦區(qū)地質(zhì)條件的基礎(chǔ)上，井巷工程設(shè)計過程中，要避免在地質(zhì)構(gòu)造線附近布置巷道，因為垂直于地質(zhì)構(gòu)造線方向的壓應(yīng)力最大，是巖體產(chǎn)生變化和破裂的主要因素。要避免在斷層、節(jié)理破碎帶、泥化夾層等地質(zhì)構(gòu)造軟弱面附近布置巷道。圍巖的次生應(yīng)力與原巖應(yīng)力和側(cè)壓系數(shù)有關(guān)，應(yīng)將巷道布置在頂板壓力不會太集中、頂板穩(wěn)定性較好的部位。

必須認(rèn)真研究工作對象的地質(zhì)構(gòu)造和頂?shù)装逄匦裕莆掌渑c頂板事故的內(nèi)在聯(lián)系，做好預(yù)測預(yù)報工作。一是認(rèn)真編制工作面作業(yè)規(guī)程，制定詳細(xì)的地質(zhì)說明書和頂板管理措施；二是根據(jù)生產(chǎn)實際情況的變化，及時提出修改和補充措施；三是遇到地質(zhì)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(yīng)的特殊支護方式。

搞好班組建設(shè)，充分發(fā)揮班組長在煤礦頂板管理中的作用。班組是煤礦安全生產(chǎn)工作貫徹落實的落腳點，是降低事故發(fā)生率的關(guān)鍵點。隊長和班組長既是生產(chǎn)一線的指揮官、又是戰(zhàn)斗員，接觸生產(chǎn)一線的時間長，對井下情況、頂板情況、自然條件的變化、出現(xiàn)的難點問題等最早知道。必須充分發(fā)揮班組長作用，切實加強班組建設(shè)，加強班組長的培訓(xùn)和安全教育，提高他們的業(yè)務(wù)素質(zhì)和安全管理水平，使他們在生產(chǎn)一線出現(xiàn)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(fā)生。

強化現(xiàn)場管理及生產(chǎn)技術(shù)管理。對頂板的檢查與處理，是一項經(jīng)常性而又十分重要的工作。技術(shù)人員要觀測摸索本礦區(qū)不同巖石巖移的規(guī)律。科學(xué)地掌握頂板情況，在構(gòu)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(qū)等地點，要制定與之相適應(yīng)的有效防范措施，加強支護。管理人員要經(jīng)常深入生產(chǎn)第一線，明確職責(zé)，及時發(fā)現(xiàn)、解決頂板問題。

[1] 潘懋，李鐵鋒.災(zāi)害地質(zhì)學(xué)[M].北京：北京大學(xué)出版社，2002.

[2] 殷坤龍，張桂榮.地質(zhì)災(zāi)害風(fēng)險區(qū)劃與綜合防治對策[J].安全與環(huán)境工程，2003，10(1)：32-33.

[3] 楊梅忠，陳克良.中國煤礦災(zāi)害現(xiàn)狀與減災(zāi)對策分析[J].災(zāi)害學(xué).1997.12(3).

[4] 鄭穎平，趙志根.淺析煤礦地質(zhì)災(zāi)害的經(jīng)濟評價[J].西部探礦工程.2005，112(8)：243-244.