煤系岩石组成与矿压显现之关系.pdf

煤系岩石组成与矿压显现之关系 第六图书馆 讨论了不同顶板结构特征及其变形破坏形式,分析了采面矿压显现特征及其与顶板岩石组成的关系,为煤矿设计、合理选择支护形式提 供必要的地质资料。讨论了不同顶板结构特征及其变形破坏形式,分析了采面矿压显现特征及其与顶板岩石组成的关系,为煤矿设计、 合理选择支护形式提供必要的地质资料。岩石组成 顶板结构 矿压显现 煤系东北煤炭技术孙本魁 吴基文皖北矿务局刘桥二 矿1999第六图书馆 第 3期 I 9 99年 6月 东 北 煤 l炭 技 术 Co at Te c h n o l o g y o f Nor t h e a s t China No 3 J u n I 9 99 夕 一 歹 ／ 煤 系 岩 石 组 成 与 矿 压 显 现 之 孙 本魁吴 基文 皖北矿务 可酹 三 弛 2 3 5 1 6 4 单万 夕 大尔 1 }1_} f 6 ； ／ 摘要 讨论 了不同顶板 结构特征及其 变形破 坏形 式， 分 析 了采 面矿压 显现特 征及其 与顶板 岩石组 成 的关 系． 为煤矿 设计、 台理 选择支 护 形 武提供 必 要 的地 质 资 料 。 关键词 岩石 组成 顶板结构 矿压显现煤系 ■’／ 影响矿 压显现 的 因素根多， 但 归纳 起来 可分为两类 自然地质因素 包 括煤 系地 层赋存条件 、 构造 、 深度和 岩、 煤层物理 力学 性质及组 合特 征等 ； 生产技 术 因 素 包括 巷 道 布置 、 采 面长 度 、 落煤方式 、 支护方式、 支架特性 、 采面推进 方 向和速 度以及顶 板管理方 法等。 这些 因素中， 自然地 质 因素是 客观 存在 的． 一般情 况下是不 易改变的。实践证 明， 相 同的生 产技术 条件 下， 不 同矿 区矿 压显现 不 同， 同一矿 区不 同煤 层矿压显现不 同， 同一煤 层不 同地段 矿压显现 亦存 在较大差异。 究其 原因， 与煤 系的岩 石组成 及其 后生变 形 有着 密切的关系 。本文仅重点讨论 煤系岩石组成 与矿压显现 的关 系。 1 顶板岩层结构特征及其变形破坏形 式 由于 顶板 岩 层 成 分、 结 构 、 力 学 性 质 不 收稿 日期 1 9 9 8 一 l 2 ． 2 1 *淮南 工业学 院 青年 科学 基金 资助项 目 同， 其变形破坏特征 多种多样 ． 主要有 下列 5 种[ 【 】 2 】 1 层状顶 板分层 冒落。 顶板岩层 为泥 、 页 岩， 层理 发育 ， 采 动后 岩层分 层 依 次 成块 冒 落， 顶 板 悬空， 部 分 呈 “ 假 塑性 ” 变形 向下弯 曲， 如图 l a所示。我 国 多数采 面顶板是这 种变形 破坏形 式。 2 脆性岩石顶板 台阶下沉。 层理 明显的 坚硬顶 板 ． 破 碎岩块 常 沿明 显的裂 隙呈 台阶下沉 ， 如图 1 b所示 。这种变 形也较 常见。 3 坚硬顶 板整体切落。 顶板 由坚 硬的岩石组成 ， 节理不 发育 ， 只 有悬露面 积 很大 时， 才能 发 生断 裂． 如图 1 c 所示 。我 国大 同、 京西 等矿均有此类顶板 。 4 塑性岩石的缓慢下沉。 顶板岩层具 “ 假 塑性 ” 变形 能力 ， 或 顶板 底板岩层塑性变形 较大 时， 支架 回撤后 ， 顶板 呈缓慢下沉 ， 如 图 l d所 示 。我 国峰 峰 、 井 陉 和肥城等矿有此类顶板。 5 松散顶 板塌 落破坏。 由橙散 粘土或砂土组成的顶 板岩层如果 2 9 维普资讯 第六图书馆 含水． 采 动后 顶板 不 易支 护， 将立 即塌 落． 如 图 1 e所示。如我国抚顺 某矿的一个煤层 ， 局 部顶板岩层是凝灰岩， 采 动后遇水风化 ， 不易 维 护 ． 我 国这 类 顶 板 很 少 见到 。 器过 i 面 罐- 旦 a 一层 状 顶 c d一塑性 岩 石的缓性 1 沉e一捂散璋 板的塌 落 图 l 不 同顶板 结构 的破 坏状 态 2 煤 系岩石 组成 特 征对 采 面矿 压 显现 的影 响 2 ． 1 不同矿区矿压显现的差异性 不同矿区由于成煤 时代 、 成煤条件不同， 造成煤 系岩 石组成 不 同， 致 使矿 压显现 存在 较大差异。 如图 2和表 1所示，各矿 区煤层 表 l 各矿 区堞层 赋存 特征 及矿压 参数 3 0 准 尉 潘 一 矿d皖 北 刘 嵇 图 2 各 矿区 煤层 顶板岩 层结 构对 比 赋存条 件 、 顶板 岩 层 结构 不 同 ， 矿 压参 数 不 同， 顶板 岩石 由软 变硬， 厚 度 由小 到大 ， 其基 本顶初次来 压步距 、 周 期来压 步距 以及 动载 系数均增大． 反 映来 压强 度逐渐增大 ， 来 匝明 显程度提高 。 2 ． 2 同一矿 区不 同煤层矿压显现的差异性 同一矿区不同煤层 由于其顶板 岩石组成 不同， 矿 压显现 存在 差异。根据 皖北刘 桥一 矿 4 、 6煤 层 工作面 矿 压观 测资 料 表 2 ． 可 以看出． 4煤的初次来压步距 、 周 期来 压步 距 均较 6煤大， 来压强 度也 较 6煤 明 显。这 主 要是 由两者顶板岩石组成不同所致 ． 见国 3 。 表 2刘桥 ～矿 4 , 6煤层 矿压参数 对 比 初 次米压 周 期求压 动载 茉缸 肇距压 强度步距正 力强度 KD 量塑 量些 一 4 2 2 3 5一 l4 ． 8中等I 2～I 7 2 6较 强2 I 3 6 5 5 2 5 I t l I 1 2 I 2 弱 I 6 2 维普资讯 第六图书馆 圈 3刘桥矿 4 6煤 层 麒板结 构 对 比 2 ． 3 同一矿区同一煤层矿压显现的差异性 同一 矿 区 同一煤 层矿 压显 现 亦 存 在差 异。如刘桥 一矿 4煤层 从 4 2采区和 4 3采 区的矿压观 测资料 表 3 中可 以看 出， 4 2采 区较 4 3采区的初次来压步距 、 周期 来压步距 大 ， 来压强 度 明 显， 这 与 各采 面 顶 扳 岩 层结 构 、 岩性和 力学性 质不 同有 一定 的关 系。 如 图 2 d 、 3 b和表 4所示， 两 采面 4煤顶板结构 、 岩石 组成 、 力学 性 质均不 相 同 4 2采 区直 接 顶厚度 小． 基本顶厚度大， 强度高， 丽 4 3采区 直接 顶较厚 ， 当煤层 回采后， 直接 顶随 即 冒落 并可充满采空区． 随工作 面推进 ， 上覆基本 顶 逐 渐呈挠 曲下沉 并对 冒落矸 石 压实， 由于没 有 强度高的 基本顶支持丽不可能产生较 大的 初次和周期 来压 步距． 从 而也不 可 能 生 较 大 的来 压强 度。 表 3 刺 桥一 矿 4煤 不同 票 区矿压 参数 对比 表 4攥 层赋存 特征 、 工 作面 参数 殛璜 板岩性 3结 语 综上所述 可以看 出， 不 同矿 区 、 同一矿区 不同煤 层以及同一煤 层不同部位矿压显现特 征均 不相 同， 这主要与煤层顶板 岩性 、 岩层结 构 等特 征不 同有 关。不 同的 顶板结 构 ． 由于 其复合 层状 岩体 的强度 不同， 当煤 层 采出后 ． 其变形破坏形 式 不同， 导 致工 作 面矿 压显现 的差异。因此， 在采区设计时． 应认真研究地 质资料，掌握矿压显现规律与地质因 素的关 系， 制定出科学 、 合理的 设计 方案， 为 煤 矿安 全生产提供可靠保证。 参考文献 1 赵密玮 ．鲸 采面矿 压 与藏 压 支槊 设 计 ．中 国矿 赴学院 出版社 t 9 8 7 2石平五 ． 论采 场 冒顶 事故 的研究西安 矿业学 院学 报， 1 9 9 0， 4 下转 第 5 3页 3t 维普资讯 第六图书馆