煤層頂?shù)装宸诸?、煤層底板、等高線

1、 煤層頂?shù)装宸诸惛鶕?jù)頂?shù)装鍘r層相對煤層的位置和垮落性能，強度等特征的不同，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。可能缺失某一個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0.30.5m，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12m，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

2、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，直到達到相當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0.20.3m。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，重者可使巷道遭受嚴重破壞。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

3、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68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)，當工作面推進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

4、作面呈現(xiàn)周期來壓狀態(tài)，嚴重時可使采場切頂垮面。對于這類頂板應注意老頂?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，應當注意及時采取措施。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，當垮落時則能形成暴風，致使工作面造成垮面和嚴重破壞。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

5、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，隨工作面推進頂板彎曲下沉接觸底板。煤層底板coal seam floor煤層底板是正常層序的含煤地層剖面中，直接伏于煤層下面的巖層。常見的煤層底板巖石有粘土巖、泥質(zhì)巖和粉砂巖等。底板粘土巖，有時是具有工業(yè)價值的耐火粘土。底板巖石也可以是砂巖、礫巖或石灰?guī)r。煤層是含煤巖系中賦存的層狀煤體。它是泥炭沼澤中植物遺體經(jīng)泥炭化作用轉(zhuǎn)變成的泥炭層，被埋藏后又經(jīng)煤化作用而形成。煤層底板則是煤層下伏巖層。由成煤植物生長的土壤形成的、富含植物根化石的底板稱根土巖，又稱

6、底粘土1。煤層底板分類由煤層向下，煤層底板分為偽底、直接底和老底三部分：偽底：直接位于煤層之下的薄而軟弱的巖層，巖性多為炭質(zhì)頁巖或泥巖，厚度不大。直接底：位于煤層之下與煤層直接接觸的硬度較低的巖層，一般無明顯的層理，直接底的厚度一般不大，常見的幾十厘米，通常為泥巖、頁巖或粘土巖。若直接底為粘土巖，遇水后則會發(fā)生膨脹，造成巷道底板隆起現(xiàn)象，輕者影響巷道運輸與支護，重者可使巷道遭受嚴重破壞。老底：位于直接底之下的比較堅硬的巖層，常為粉砂巖、砂巖和石灰?guī)r等。但是并不是所有煤層的頂?shù)装宥际怯蛇@三部分組成，可能在煤系沉積過程中，受沉積環(huán)境變化的影響，會出現(xiàn)有的煤層的頂?shù)装灏l(fā)育不全，有的煤層可能缺失某一個

7、或幾個頂?shù)装褰M成部分的巖層。例如山西大同等地的侏羅紀煤層的頂板就只出現(xiàn)老頂。煤層底板破壞深度計算國內(nèi)外對底板破壞深度的研究已經(jīng)有許多種方法，主要是運用彈塑性力學方法結(jié)合莫爾庫侖（Mohr-Coulomb）強度理論，依現(xiàn)場觀測數(shù)據(jù)為依據(jù)，輔助進行計算機數(shù)值模擬，綜合計算煤層底板巖體受采動影響的最大破壞深度3。近水平煤層煤層底板在采空區(qū)兩側(cè)有較大的自由空間，在地應力作用下，底板巖體能夠充分膨脹，產(chǎn)生較多的采動裂隙，近水平煤層在采動邊緣下方附近巖體的破壞深度最大3。傾斜及急傾斜煤層破壞深度在緩傾斜及傾斜煤層的下出口附近，從受力角度分析，煤層底板承受的集中應力大于上出口附近的集中應力，煤層底板承受的水

8、壓力也是下出口附近的較大，煤層底板在下出口附近裂隙較發(fā)育。由于煤層的傾角不大，采空區(qū)冒落巖石的滑移起不了主要作用，然而急傾斜煤層不同，在自重力作用下，冒落的采空區(qū)的巖石將向采空區(qū)下部滑移，充填堅實的冒落巖石限制了下出口附近煤層底板的膨脹，阻礙了裂隙的形成，所以，急傾斜煤層的底板破壞深度在上出口附近較大3。各主控因素對底板破壞深度影響的主次順序為：工作面斜長采深黏聚力采厚煤層傾角水壓內(nèi)摩擦角，方差分析結(jié)果顯示，各主控因素中工作面斜長對底板破壞深度的敏感度為高度顯著；采深較為顯著；黏聚力顯著；采厚、煤層傾角、水壓以及內(nèi)摩擦角不顯著4。采場邊緣破壞深度煤層底板巖體最大破壞深度與工作面傾斜長度成線性關(guān)

9、系，與巖體原始應力的平方成正比，與巖體抗壓強度成反比。塑性理論計算巖體最大破壞深度如果煤層底板主要由軟巖構(gòu)成，煤體邊緣一定范圍內(nèi)的底板巖體，當作用在其上的支承壓力達到或超過其臨界值時，巖體中將產(chǎn)生塑性變形，形成塑性區(qū)；當支承壓力達到導致部分巖體完全破壞的最大載荷時，支承壓力作用區(qū)域周圍的巖體塑性區(qū)將連成一片，致使采空區(qū)內(nèi)底板隆起，已發(fā)生塑性變形的巖體向采空區(qū)內(nèi)移動，并形成一個連續(xù)的滑移面3。在煤壁塑性區(qū)范圍一定的情況下,底板最大破壞深度隨著底板巖石內(nèi)摩擦角的增大而增大,隨著底板巖石黏聚力的增大而減小。底板最大破壞深度不僅與采場端部煤體塑性區(qū)范圍有關(guān),而且隨著工作面超前支承壓力峰值的增大而增大5

10、。煤層底板穩(wěn)定性及其影響如底板為遇水膨脹的粘土巖，會引起底鼓或軟巖涌入巷道，破壞巷道，影響運輸。煤礦生產(chǎn)過程中煤層底板巖體發(fā)生底鼓的現(xiàn)象可以用塑性區(qū)的形成和發(fā)展過程加以解釋。煤層開采后，在采空區(qū)周圍的底板巖體上產(chǎn)生支承壓力，當支承壓力作用區(qū)域的巖體所承受的應力超過其極限強度時，巖體將會產(chǎn)生塑性變形，由于這部分巖體在垂直方向上受到壓縮，在水平方向上必然會膨脹，膨脹的巖體擠壓過渡區(qū)的巖體，并且將應力傳遞到這一區(qū)域。過渡區(qū)的巖體受到擠壓后將繼續(xù)擠壓被動區(qū)的巖體。由于過渡區(qū)和被動區(qū)有臨空面（采空區(qū)），在主動區(qū)傳遞來的力的作用下，過渡區(qū)和被動區(qū)的巖體將向采空區(qū)內(nèi)膨脹（即底板的壓延作用）3。煤層底板等高線

11、圖又稱煤層構(gòu)造圖，表示煤層下層面標高的等值線圖，煤層底板等高線在水平面上的垂直投影1。主要用途煤層底板等高線圖是煤田地質(zhì)勘探、礦井設計、建設和煤礦生產(chǎn)各個階段最基本、最重要的施工圖紙。(1)煤田地質(zhì)勘探階段，煤層底板等高線圖主要用來表示勘探區(qū)的地質(zhì)構(gòu)造形態(tài)、斷裂發(fā)育情況、煤層賦存的空間位態(tài)及其變化規(guī)律。它是編制勘探設計、布置勘探工程、進行儲量計算和提交地質(zhì)報告的重要依據(jù)。(2)礦井設計建設階段，煤層底板等高線圖是礦井設計和建設的重要依據(jù)。在礦區(qū)總體設計階段，它可用來劃分井田，選擇井筒位置，確定開拓方式，對礦區(qū)運輸、供電、供水以及地面工業(yè)與民用建筑進行合理的選擇與布置;在礦井設計階段，它可作為選

12、定井筒及工業(yè)廣場位置，確定第一水平主要運輸大巷和采區(qū)布置的依據(jù)。(3)煤礦生產(chǎn)階段，煤層底板等高線圖是布置開拓工程和回采工作面，布置通風、運輸、排水系統(tǒng)以及編制采掘工程平面圖的主要依據(jù)1。主要內(nèi)容(1)圖面設計。上有圖頭、比例尺，下有圖例、責任圖簽。圖上有方格網(wǎng)和指北線。圖的比例尺與地形地質(zhì)圖相同。(2) 重要地形、地物。包括地面河流，地表水體(湖泊、水庫)，鐵路，公路及重要地面建筑物、構(gòu)筑物等。(3)穿過該煤層的全部勘探工程、小窯和生產(chǎn)礦井主要巷道等。(4)各種邊界線。井田邊界線，煤層露頭線，煤層風、氧化帶邊界線，采空區(qū)邊界線以及煤層沖刷邊界線、巖溶陷落柱邊界線等。(5)勘探線及其編號，煤層

13、底板等高線，上、下盤斷煤交面線等1。編制方法在煤田地質(zhì)勘探階段，煤層底板等高線圖的編制方法有插繪法和剖面法兩種。插繪法，原理與繪制地形等高線圖相似，采用線性等距內(nèi)插法。它主要用于找煤和普查階段初期，勘探工程稀疏，或地層產(chǎn)狀平緩、波狀起伏構(gòu)造線方向不明顯的地區(qū)；在詳、精查勘探階段，有時在局部地段或內(nèi)插某些邊界線時，也作為一種輔助方法使用。剖面法，從各勘探線剖面圖上直接量取煤層底板各等值標高點位置，是編制煤層底板等高線圖最常用的方法。其特點是精度高，能真實地反映勘探區(qū)的構(gòu)造形態(tài)。剖面法的編圖步驟：(1)選擇基線，基線即指北線，確定其方向的原則是使圖幅合適，圖面勻稱，便于閱讀，節(jié)約圖紙，一般力求使煤

14、層露頭線走向盡量與圖紙橫向相平行。(2)繪制坐標方格網(wǎng)，坐標方格網(wǎng)精度要求很高，縱坐標與橫坐標必須嚴格垂直，其縱坐標(經(jīng)線)必須與基線方向一致。具體繪制方法采用大方格網(wǎng)控制小方格網(wǎng)的方法，以消除累積誤差。大比例尺圖紙方格網(wǎng)規(guī)格為1010cm2。(3)投繪勘探工程，把勘探線位置和穿過該煤層的全部勘探工程 (包括鉆孔、探槽、探井、探硐)、生產(chǎn)井口、小窯坑口等，按經(jīng)、緯線坐標 (X、Y)逐一投繪到平面圖上，并注明工程編號及其所見煤層底板標高。斜孔必須經(jīng)過孔斜校正后再投繪見煤點位置。(4) 根據(jù)勘探區(qū)地形地質(zhì)圖和勘探線剖面圖，將煤層露頭線、井田邊界線，以及對礦井開采有影響的地面建筑、鐵路、公路、河流、湖泊、水庫等重要地物，逐一投繪到平面圖上。(5)卡點投圖。將勘探線剖面圖上煤層底板與水平標高線的交點，以投影基線為基準，用比例尺移植到平面圖上，并注明相應標高的數(shù)字。遇斷層時，應注明斷層編號，上、下盤符號及相應的標高;遇褶曲時，應注明向斜和背斜符號及相應的標高。(6)分