1 煤層的頂?shù)装?/strong>
煤層的頂?shù)装迨侵该合抵形挥诿簩由舷乱欢ň嚯x的巖層,按照沉積順序,在正常情況下,位于煤層之下,先于煤層生成的巖層是底板;位于煤層之上,在煤層形成之后的巖層叫頂板。由于沉積物質(zhì)和沉積環(huán)境的差異,頂?shù)装鍘r層性和厚度各不相同,在開采過程中破碎,冒落的情況也就不同,了解這些巖層的巖性特征、厚度、層理及節(jié)理發(fā)育程度,強(qiáng)度及含水性等,對確定頂板管理和巷道支護(hù)方式均有重要意義。
根據(jù)頂?shù)装鍘r層相對煤層的位置和垮落性能,強(qiáng)度等特征的不同,從上至下頂板劃分為基本頂(老頂)、直接頂、偽頂三個部分;底板分為偽底、直接底及老底三個部分。不過,對于某個特定的煤層來說,其頂?shù)装宓倪@六個組成部分不一定發(fā)育俱全??赡苋笔骋粋€或幾個組成部分的巖層。
1.1煤層的頂板
1.1.1偽頂:是緊貼煤層之上的,極易隨煤炭的采出而同時垮落的較薄巖層,厚度一般為0.3~0.5m,多由頁巖、炭質(zhì)頁巖等組成。
1.1.2直接頂:是直接位于偽頂或煤層(如無偽頂)之上巖層,常隨著回撤支架而垮落,厚度一般在1~2m,多由泥巖、而巖、粉砂巖等較易垮落的巖石組成。
1.1.3基本頂:又叫老頂,是位于直接頂之上或直接位于煤層之上(此時無直接頂和偽頂)的厚而堅硬的巖層。常在采空區(qū)上方懸露一段時間,直到達(dá)到相當(dāng)面積之后才能垮落一次,通常由砂巖、礫巖、石灰?guī)r等堅硬巖石的組成。
1.2煤層底板
1.2.1偽底:直接位于煤層之下的薄層軟弱巖層,多為炭質(zhì)頁巖或泥巖,厚度一般為0.2~0.3m。
1.2.2直接底:直接位于煤層之下硬度較低的巖層,厚度一般由幾十厘米到1米左右,通常由泥巖、頁巖或粘土巖。若直接底為粘土巖,則遇水后易膨脹,可能造成巷道底鼓與支架插底現(xiàn)象,輕者影響巷道運輸與工作面支護(hù),重者可使巷道遭受嚴(yán)重破壞。
1.2.3老底:指位于直接底之下,比較堅硬的巖層,多為砂層,石灰?guī)r等。
2 采煤工作面頂板分類
根據(jù)工作面頂板冒落的難易程度,將頂板分為五類。
2.1易冒落的松軟頂板。該類頂板的特點是煤層頂板是易垮落的松軟巖層,回柱后頂板能立即冒落,且能填滿采空區(qū)。這類頂板由于冒落比較充分,使位于裂隙帶的老頂巖層,在回采過程中,很容易取得平衡,因而老頂?shù)拈_裂,彎曲下沉,對工作面幾乎沒有什么影響,工作面來壓比較緩和,無明顯的周期壓力,靠采空區(qū)一側(cè)的頂板下沉量較穩(wěn)定,頂板容易管理。
2.2中等冒落性的頂板。該類頂板的特點是直接頂,厚度一般小于煤層平等的6~8倍,其上部為比較堅硬的老頂,雖然回柱后直接頂隨之垮落,但因厚度不大,不能填滿采空區(qū),老頂則置于懸露狀態(tài),當(dāng)工作面推進(jìn)一段距離后老頂才開始垮落,此時因采空區(qū)落差較大,致使工作面呈現(xiàn)周期來壓狀態(tài),嚴(yán)重時可使采場切頂垮面。對于這類頂板應(yīng)注意老頂?shù)幕顒右?guī)律。
2.3難冒落的堅硬頂板。這類頂板的特點是老頂直接賦于煤層之上,或有一偽頂,無直接頂,由于老頂垮時采空區(qū)的落差太大,使工作面呈現(xiàn)明顯的周期來壓,工作面平時的下沉量及下沉速度較小,而當(dāng)周期來壓時下沉速度急劇增加,工作面頂板情況迅速惡化,應(yīng)當(dāng)注意及時采取措施。
2.4極難冒落的堅硬頂板。這類頂板的特點是煤層板為極其堅硬的整體性厚巖層,在采空區(qū)能懸露上萬平方米而不垮落,當(dāng)垮落時則能形成暴風(fēng),致使工作面造成垮面和嚴(yán)重破壞。
2.5可塑性彎曲的頂板。該類頂板的特點是直接頂,雖是具有一定厚度的堅硬巖層(如砂巖、石灰?guī)r),但由于其中存在有平行于工作面的節(jié)理裂隙,采煤后頂板下沉,在移動過程中斷裂成塊,但仍互相擠在一起具有傳遞水平的能力,就像“砌體梁”一樣,各巖塊互相牽制而成平衡,隨工作面推進(jìn)頂板彎曲下沉接觸底板。
堅硬冒頂板指的是直接頂巖層比較完整、堅硬(固),回柱后頂板不能立即垮落的頂板。一般為砂巖、砂巖和石灰?guī)r。堅硬難冒頂板具有整、厚、硬的性質(zhì)。
分析了綜采工作面冒頂發(fā)生的機(jī)理,從優(yōu)化工作面巷道布置,合理選擇架型、正確使用液壓支架、工作面超前支護(hù)、破碎頂板管理等幾個方面,討論了綜采工作面頂板安全管理的重點和措施。
3 綜采工作面冒頂發(fā)生的機(jī)理
在傾斜煤層中,對回采工作面空間影響最大的地質(zhì)因素是直接頂。唐公塔煤礦綜采隊開采的煤層頂板屬中等穩(wěn)定頂板,其穩(wěn)定性與煤層及其頂板的節(jié)理裂隙發(fā)育程度有關(guān)。
節(jié)理裂隙有3類:原生裂隙、構(gòu)造裂隙和地壓裂隙。從唐公塔煤礦的生產(chǎn)實際來看,以地壓裂隙和構(gòu)造裂隙對頂板管理的影響較大。
地壓裂隙是由于煤層采動后引起的,煤壁前強(qiáng)大的支承壓力對直接頂可能形成地壓裂隙,這種裂隙平行于工作面,對液壓支架的穩(wěn)定性直接產(chǎn)生影響。在開采過程中,基本頂及其上覆巖層的重量對工作面形成支承壓力,如果工作面推進(jìn)度慢,則支承壓力超前,通過基本頂懸臂梁反復(fù)作用于煤壁和直接頂,造成煤壁和直接頂產(chǎn)生地壓裂隙,地壓裂隙不但使原生裂隙擴(kuò)大,而且會使相鄰裂隙相互連通,最終引起煤壁片幫,頂板離層,這時如不及時采取措施,極易發(fā)生冒頂。
構(gòu)造裂隙是由地質(zhì)構(gòu)造運動而形成的。它常貫穿于整個煤(巖)層中,在層面中形成明顯的弱面,使得裂隙面之間的黏結(jié)力減弱。直接頂?shù)倪@種裂隙極易在無任何征兆的情況下造成工作面冒頂。
4 改進(jìn)措施
4.1煤礦企業(yè)要按照《煤礦安全規(guī)程》和行業(yè)技術(shù)規(guī)范,根據(jù)所采煤層頂?shù)装鍘r性和礦壓顯現(xiàn)情況,制定采掘工程支護(hù)設(shè)計方案,確定相應(yīng)的支護(hù)方式和支護(hù)參數(shù);條件發(fā)生變化時,要及時進(jìn)行調(diào)整。
4.2每個采掘工作面、巷道維修工程都要制定作業(yè)規(guī)程和安全技術(shù)措施,遇有過老巷、煤柱、地質(zhì)構(gòu)造破碎帶等特殊情況時,要及時補(bǔ)充安全技術(shù)措施,并按規(guī)定審批、組織作業(yè)人員學(xué)習(xí)貫徹后,方可組織實施。要加強(qiáng)對作業(yè)人員頂板管理知識的教育培訓(xùn)工作,增強(qiáng)防范頂板事故的意識和能力,切實做到嚴(yán)格執(zhí)行敲幫問頂制度,嚴(yán)禁空頂作業(yè)。
4.3掘進(jìn)工作面作業(yè)規(guī)程要明確永久和臨時支護(hù)方式、最大空頂距、循環(huán)進(jìn)度、爆破參數(shù)。要按作業(yè)規(guī)程規(guī)定對掘進(jìn)工作面進(jìn)行永久支護(hù)和臨時支護(hù)。在松軟的煤、巖層或者流砂層及地質(zhì)破碎帶中掘進(jìn)巷道時,必須采取特殊措施。在爆破前必須加固靠近工作面20m范圍內(nèi)的支護(hù),爆破中破壞的支護(hù)必須及時修復(fù)。采用錨桿、錨索、錨噴支護(hù)的巷道,錨桿、錨索的材質(zhì)、拉力和預(yù)緊力、噴層厚度和強(qiáng)度必須符合作業(yè)規(guī)程規(guī)定。
4.4采煤工作面作業(yè)規(guī)程要明確頂板管理方法、控頂距、初次來壓和周期來壓的特殊支護(hù)方式,以及初采初放和臨近停采線時的頂板管理措施。開采淺埋深薄基巖煤層、近距離煤層時,要針對頂板管理制定專門安全技術(shù)措施。必須及時支護(hù)采煤工作面頂板,支柱、支架牢固接頂,初撐力要符合要求,破碎、松軟頂?shù)装骞ぷ髅嬉扇♂槍π源胧?;要?yán)格執(zhí)行預(yù)防架前冒落的措施,周期來壓期間加強(qiáng)對煤壁的輔助支護(hù),防止煤壁片幫和傘檐冒落。對于急傾斜煤層的回采工作面,必須采取防止底板滑落的措施并設(shè)置防倒柱的聯(lián)鎖裝置。放頂煤開采工作面,嚴(yán)禁采用木支柱和金屬摩擦支柱支護(hù)方式;傾角大于30°的工作面或沖擊地壓煤層,嚴(yán)禁采用單體液壓支柱放頂煤開采。必須按作業(yè)規(guī)程規(guī)定及時對采煤工作面進(jìn)行放頂或者充填,必須加強(qiáng)工作面上、下安全出口與巷道連接處至少20m范圍內(nèi)的支護(hù)。