煤矿地质构造与顶板事故关系分析

煤矿地质构造与顶板事故关系分析煤矿地质构造与顶板事故关系分析 0 前言前言 笔者通过对三明煤矿区 2001 2005 年各类事故情况分析 发现顶板事故所占比例大 占事故起数比例的 64 8 是本地 区煤矿的主要灾害 冒顶事故对矿井安全生产危害极大 因此 从多角度和深层次剖析研究冒顶事故发生的原因 认为 冒顶 事故的发生 一般与矿山地质条件 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孕育惨 痛顶板事故的根源 本文通过剖析地质构造与顶板的关系 总 结规律 找到一种 科学预测 超前预报 事先防范 的预防顶 板事故途径 以期在实践中正确指导煤矿安全生产工作 1 三明煤矿区地质构造与顶板特征三明煤矿区地质构造与顶板特征 1 1 地质构造特征 三明煤矿区地质构造复杂 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 基本上难以见到完整稳定的煤层 多数煤层均 以小煤包 藕节状 瓜藤状 鸡窝状煤层出现 煤层顶底板出 现不协调起伏 围岩破碎 以上地质构造特征使顶板管理困难 在煤矿掘进和采煤过程中随时随地都有构造带出现 容易引发 冒顶事故 不利于安全生产 1 2 煤层顶底板特征 三明煤矿区煤层顶板主要特征是 硬度与韧性为弱 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 粗粉砂岩少量 砂质泥岩附层为为主 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 闪长玢炭岩等组成 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 三明煤矿区巷道 围岩以 iii 类 iv 类和 v 类为主 2 煤矿地质构造与顶板事故的关系煤矿地质构造与顶板事故的关系 2 1 褶皱构造与顶板事故 褶皱构造是岩 煤 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 煤厚发 生急剧挤厚压薄现象 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 变厚或变薄 小眼掘进时易发 生煤层跨落事故 2 2 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 岩 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 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 在侵入体前缘的煤 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 煤层的顶 底板岩层的岩石性质 厚度 结构构造 岩石强度 含水性是煤矿生产中确定支护方 式 采空区处理方法的重要依据 它们是引发顶板事故的重要 地质因素 由于煤系地层受到地质应力及后期构造变动影响 煤岩层均已产生形变 导致围岩破碎 顶板多变不平整 煤层 形态多变 经实践证实 通常易引发顶板事故的煤岩组合情况有 a 围岩节理和劈理发育地段 易产生煤岩层脱落伤人 尤其是 雨季期间 水沿裂隙渗入 更易造成冒顶及跨帮事故 b 煤层 伪顶完整性差 强度低 如果支护没有及时跟上 或支护手段 方式没有适应煤层顶板变化 也极易产生顶板事故 c 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 d 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 e 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 f 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 形 成土壤层 高岭土化作用显著 这些地段容易发生冒顶 g 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 至上分层脱落伤人事故 3 防治煤矿顶板事故对策防治煤矿顶板事故对策 3 1 掌握地质构造和顶底板特征 做好预测预报工作 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 针对工作面具体的地质条件 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 3 2 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 3 3 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 效的防范措施 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 矿井要建立群查 群防 群治的顶板管理制度 使一线作业人员及时处理顶板问题 施 工中根据煤岩特征 合理布置炮眼 控制装药量 避免人为造 成围岩破碎引起冒顶事故 3 4 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 采煤面顶板的稳定性 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 严格控制采煤面暴露面积和采空区高度等技 术指标 使采煤面在地压稳定期间采完 3 5 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