顶板定性及岩性分类
发布网友
发布时间：2022-04-28 20:16
共1个回答
热心网友
时间：2022-06-23 01:40
井下开采煤层顶板质量取决于顶板岩石成分、结构和沉积构造以及沉积后早期差异压实和后期构造作用等，煤层顶板岩体由于沉积环境的演化，岩性岩相在横向和纵向上变化很大。采矿工程技术人员根据其力学性质和冒落特征通常将顶板划分为 3 类，也就是前文提到的伪顶、直接顶和老顶。其中，伪顶一般是由炭质泥岩或炭质页岩组成，力学强度低，随采垮落; 直接顶一般由泥岩和砂质泥岩组成，具有一定的力学强度，通常能保持一定宽度的空顶而不冒落，便于支护; 老顶一般由厚层的砂岩组成，能保持一定的空顶距，从而使采场的空间在一定时间内保持稳定。
基于上述实践，结合多年的实践研究发现，华北地区煤层顶板组合类型多样，尤其是三角洲煤层。通过研究发现，煤层与其顶板岩层组合类型分为老顶与煤层直接接触、煤层- 泥岩 - 老顶组合、煤层 - 粉细砂岩 - 老顶组合、煤层 - 泥岩 - 粉细砂岩 - 老顶组合、煤层 - 粉细砂岩 - 泥岩 - 老顶组合等类型。
1) 老顶直接位于煤层之上。老顶在华北地区分为砂岩和石灰岩，砂岩主要分布在山西组以上的层位，砂岩厚度较大，具有很高的力学强度，只有受到较强的动力地质作用时，老顶砂岩的稳定性才会受到影响，一般较小作用力对顶板稳定性影响微弱。灰岩主要分在晚石炭世—早二叠世，一般说来，灰岩与煤层距离较近，且一般直接与煤层接触，稳定情况较好，所以这类顶板在工程地质上属最稳定顶板。但由于采后应力集中，当周期来压时，就会产生突然的空气冲击而毁坏矿井并威胁矿工人身安全，常发生大面积塌顶，因此采后需要特殊的治理措施控制顶板。
2) 煤层 + 粉砂岩、细砂岩 - 老顶组合型式，指煤层之上有数层较薄的粉砂岩和细砂岩岩层，之上为一厚层老顶砂岩。这类顶板是比较稳定的类型，老顶下部的细砂岩、粉砂岩直接顶具有一定的力学强度，在不考虑其他方面因素的影响时，这种组合方式一般是稳定的，但实际情况往往很复杂，岩层中常有裂面、节理等结构面存在，使岩层的稳定情况大不相同。直接顶板岩层不太厚时常因采动影响而垮落下来，给顶板的稳定分析带来一定的难度。
3) 煤层 + 泥岩 - 粉细砂岩 - 老顶组合型式指直接顶由泥岩和粉砂岩构成，上部与厚层砂岩老顶相接。此类顶板属于较不稳定类型或中等稳定顶板，泥岩为伪顶，随采垮落，直接顶岩性工程性质很低，随采随落，如果老顶强度不够大，有可能随直接顶一起冒落，造成整个顶板的失稳。
4) 煤层 + 粉砂岩 - 泥岩 - 老顶组合与泥岩 - 粉砂岩 - 老顶组合型式性质类似，岩体工程性质较低，粉砂岩—泥岩为伪顶，随采垮落，直接顶和老顶工程性质很低，属较不稳定顶板组合类型。
5) 泥岩 - 老顶组合型式指主采煤层之上为泥岩和厚层老顶砂岩组合，当泥岩很薄时被称为伪顶，如果泥岩有一定的厚度，则归为直接顶。这种类型的顶板是最不稳定的，泥岩的工程性质很低，随煤层向前开采，直接顶泥岩失稳，垮落下来，破坏顶板岩层原有的平衡状态，常产生顶板冒顶事故。
值得注意的是，由于伪顶太厚，很难维护采场工作面所需的空间，这时矿井常采用掩护式支架支护，如果伪顶或直接顶尖灭，老顶砂岩 ( 灰岩) 直接与煤层接触，会给顶板管理带来一定困难，因此周期来压可能产生空气冲击毁坏矿井，毁坏大面积顶板，因此，理想的顶板条件是: 较薄的伪顶或没有伪顶，厚度适中的直接顶 ( 直接顶厚度与煤层采高有关) ，直接顶与伪顶之间无明显的软弱面。由此可见，矿井开采时顶板岩体质量不但与岩石类型有关，而且与岩石组合有关。岩层组合方式主要考虑砂岩与泥岩的相对比例，并进行定量评价。岩层组合既有不同岩性的岩层组合、又有不同厚度的岩层组合。相同类型的组合，距煤层距离不同，稳定程度也不相同。顶板的分层厚度越大，直接顶越不易弯曲变形，稳定性越好。
