浅谈地质条件与煤矿项板事故的关系

【摘要】造成顶板事故的原因有管理和操作方面的，而对于地质条件未被掌握的自然原因，通过对工作面地质条件的仔细调查和分析，并有针对性地采取措施，许多事故是可以避免的。本文简述了地质条件引起煤矿顶板事故的原因以及顶板事故发生的类型，论述了矿地质构造与煤矿顶板事故的关系，并提出了防治煤矿顶板事故的措施。

【关键词】地质条件；煤矿顶板事故；类型；防治措施

顶板事故对矿井安全生产危害极大，据统计，冒顶事故所占的比例占其他事故的60%以上，伤亡人数占40%左右。因此，我们必须分析掌握煤矿发生冒顶事故的原因、预兆、研究有效预防措施，以降低煤矿顶板事故的发生，保证煤矿安全生产。以下就地质条件与煤矿顶板事故的关系进行论述分析。

一、地质条件引起煤矿顶板事故的原因

地下岩体在未采动以前，处于静止的动态平衡状态，当开掘巷道或进行回采时，原来应力平衡状态的岩体遭到破坏， 引起岩体内应力重新分布， 重新分布后的应力超过煤、岩的极限强度时， 巷道和回采工作面周围的煤、岩层发生破坏。工作面出现顶板下沉、离层和裂隙等，如果支护不当，冒顶事故很易发生。

顶板下沉是由于顶板及上覆岩层重量引起的，顶板下沉的倾向是任何支护都不能完全阻止的。在一定条件下，回采工作面的顶板下沉量和支架的支撑力成反比，顶板下沉量和岩石性质有关系， 厚层坚硬顶板的下沉量一般都比较小。

顶板出现裂隙，意味着顶板岩层在结构强度上丧失连续性而发生破坏和断裂。顶板裂隙分为原生裂隙和次生裂隙。单体支柱工作面顶板岩层大多被开采裂隙分隔为岩块，冒顶是岩块丧失力平衡的结果。

二、顶板事故发生的类型

1、局部冒顶事故的分析。具备下列开采条件，支护不及时，容易发生局部冒顶事故：①薄层结构的复合顶板；②开采层埋藏深度、采高、开采宽度较大，采动应力场高峰深入壁前方， 即出现内应场的情况下。上述条件下出现局部冒顶事故的时间和地点，由老顶来压运动的规律决定。局部冒顶事故绝大多数出现在老顶来压过程中， 特别是老顶来压，复合顶板被迫断裂的部位，该部位复合顶板破碎由以下原因导致：老顶断裂，支承压力场明显分为两个部分。

2、压垮型顶板事故的粉刺。顶板压垮支架等大面积垮塌事故发生在直接顶和老顶大面积来压过程中。对于老顶来压断裂深入壁前方情况下，顶板大面积来压压垮支架所造成的垮塌事故在以下条件下实现：①支架阻抗力不能平衡直接顶大面积运动的作用力，在顶板沉降过程中，失去支撑能力。②支架阻抗能力足以能够平衡直接顶沉降作用力， 但允许压缩量不能适应老顶沉降至给定变形位置状态的要求。

3、推垮型顶板大面积垮塌事故的分析。推垮型顶板垮塌事故发生在顶板来压过程中。推垮型事故分为三种情况，即向老塘推垮、向壁推垮及沿倾斜方向推垮。推垮动力可能来源于直接顶板自身，也可能来源于老顶裂断来压的冲击和推动力。推垮型顶板事故实现的条件如下：①直接顶与老顶分界层间或复合结构的直接项分层之间出现较大的离层空间，从而失去层向运动的磨擦阻抗能力。主要原因有支架设计阻抗能力不足，支架架设质量不高，特别是初撑力不足，顶底板松软，支架破项钻底或因采用强度低的鞋帽等辅助性支护结构， 造成支架的实际支撑能力很低。②直接顶或其下部分层处于四周割裂的孤立状态， 其主要原因有老塘直接顶板冒落，直接顶板来压或在老顶来压强迫下沿壁裂断， 断层等构造切断或回采巷道破顶掘进使直接顶在倾斜方向（垂直推进方向）被切断。

三、煤矿地质构造与煤矿顶板事故的关系

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。

2、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。

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。

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和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。

5、顶板水导致顶板事故的发生。回采后搜岩导水裂隙带波及的砂岩、石灰岩含水层水、断层水进入工作面，使岩石浸泡后软化或裂隙活化。在复合顶板或伪顶厚的工作面，顶板琳水可促使抽顶加速发展引起胃顶事故。

四、防治煤矿顶板事故的措施

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， 针对工作的具体地质条件， 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。

2、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。

3、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。

4、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。

结束语

近年来，随着我国经济的飞速发展，工业化生产对煤矿的需求量也越来越大，煤矿开采的任务也日益加重，其安全问题也日益突出。我国的煤矿事故是世界上最为严重的国家之一，煤矿在开采的过程中，除了由于基础设施薄弱，人员安全意识不高导致安全事故的发生以外，没有对地质条件完全掌握也是导致安全事故频发的主要原因之一。